一种获取螺旋折流板换热器结构尺寸的方法及装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及换热器技术领域，特别涉及一种获取螺旋折流板换热器结构尺寸的方法及装置。
【背景技术】
[0002]换热器作为热交换和热传递的设备，应用在众多生产部门中。螺旋折流板换热器属于换热器的一种，螺旋折流板换热器由管壳和折流板组成，每块折流板面积占螺旋折流板换热器管壳横截面积的四分之一或三分之一，每块折流板与管壳轴线保持一定倾角，多个折流板顺次连接形成连续螺旋状，并设置在管壳内。如此使得通过螺旋折流板换热器的流体呈螺旋状流动，从而降低流体在管内的流动阻力，减小了流体压降，使得螺旋折流板换热器具有良好的性能。因为螺旋折流板换热器具有良好的性能，使得螺旋折流板换热器结构尺寸设计成为主要研究方向。
[0003]现有技术中对于螺旋折流板换热器的结构尺寸设计，是设计人员通过螺旋折流板换热器结构尺寸的设计条件猜测螺旋折流板换热器的总传热系数的系数值，并通过总传热系数的系数值来计算螺旋折流板换热器的换热面积，从而得出螺旋折流板换热器的结构尺寸。由于总传热系数的系数值是猜测得出的，因此在设计过程中需要反复猜测并修改总传热系数的系数值，并且最后得到的螺旋折流板换热器的结构尺寸往往不满足螺旋折流板换热器结构尺寸的设计条件。
[0004]在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题:
[0005]现有技术中，缺少对于螺旋折流板换热器结构尺寸的设计方法，通过螺旋折流板换热器结构尺寸的设计条件猜测总传热系数的系数值，使得总传热系数的系数值不准确需要反复修改，使得在设计螺旋折流板换热器中缺乏可靠的设计依据，从而大大降低设计效率；并且使得在最终确定的螺旋折流板换热器结构尺寸下得到的换热性能与所期望的换热性能相差较大，需要重新设计并制作螺旋折流板换热器，造成原料和设计成本的浪费。
【发明内容】
[0006]为了解决现有技术缺少对于总传热系数和壳程压降系数计算方法的问题，本发明实施例提供了一种获取螺旋折流板换热器结构尺寸的方法及装置。所述技术方案如下:
[0007]提供一种获取螺旋折流板换热器结构尺寸的方法，所述方法包括:
[0008]获取螺旋折流板换热器的约束条件数据；
[0009]根据所述约束条件数据，获取结构尺寸、壳程膜传热系数和管程传热系数；
[0010]根据所述结构尺寸，计算螺旋折流板换热器的第一传热面积；
[0011]根据所述壳程膜传热系数和所述管程传热系数计算第一总传热系数；
[0012]根据所述第一总传热系数计算所述螺旋折流板换热器的第二传热面积；
[0013]如果所述第一传热面积与所述第二传热面积之间的比值在预设的比值范围内，将所述结构尺寸确定为所述螺旋折流板换热器的结构尺寸。
[0014]进一步地，所述约束条件数据包括螺旋折流板换热器的结构数据、螺旋折流板换热器的工艺数据和螺旋折流板换热器的物性数据；
[0015]所述螺旋折流板换热器的结构数据包括壳体直径、管程数、管长、管外径、管道排布形式、换热管类型和折流板倾角角度；
[0016]所述螺旋折流板换热器的工艺数据包括流体的速度值、流体的入口温度值和流体的入口压力值；
[0017]所述螺旋折流板换热器的物性数据包括流体的密度值、比热、导热系数和粘度值。
[0018]进一步地，所述根据所述约束条件数据，获取结构尺寸、壳程膜传热系数和管程传热系数，包括:
[0019]根据所述螺旋折流板换热器的结构数据，确定所述结构尺寸；
[0020]根据所述螺旋折流板换热器的结构数据、所述螺旋折流板换热器的工艺数据和所述螺旋折流板换热器的物性数据，通过预设的螺旋折流板壳程传热关联式计算所述壳程膜传热系数；
[0021]根据所述螺旋折流板换热器的结构数据、所述螺旋折流板换热器的工艺数据和所述螺旋折流板换热器的物性数据，通过预设的螺旋折流板管程传热关联式计算所述管程传热系数。
[0022]进一步地，所述根据所述螺旋折流板换热器的结构数据、所述螺旋折流板换热器的工艺数据和所述螺旋折流板换热器的物性数据计算所述壳程膜传热系数，具体包括:
[0023]通过如下公式(I)所示预设的螺旋折流板壳程传热关联式计算所述壳程膜传热系数:
[0024]Nus=CResmPrsnβ a 和 hs=NusX λ s/des......(I)；
[0025]在上述公式(I)中:hs为壳程膜传热系数；Nus为壳程努赛尔准数；Res为壳程流体雷诺准数；C、m、n和a为传热系数关联式系数；Nus、Res、C、m、η和a根据所述螺旋折流板换热器的结构数据、所述螺旋折流板换热器的工艺数据和所述螺旋折流板换热器的物性数据确定；Prs为壳程流体普朗特准数，Prs根据所述螺旋折流板换热器的物性数据确定；β为螺旋折流板倾角，β根据所述螺旋折流板换热器的结构数据确定；λ s为壳程流体导热系数，λ 3根据所述螺旋折流板换热器的物性数据确定；cU为当量直径，根据所述螺旋折流板换热器的物性数据确定。
[0026]进一步地，所述方法还包括:
[0027]如果所述第一传热面积与所述第二传热面积之间的比值不在预设的比值范围内，则调整所述结构尺寸，根据所述调整后的结构尺寸计算所述第三传热面积，并根据所述调整后的结构尺寸结合所述螺旋折流板换热器的工艺数据和所述螺旋折流板换热器的物性数据，计算第二总传热系数，根据所述第二总传热系数计算第四传热面积，如果所述第三传热面积与所述第四传热面积之间的比值在预设的比值范围内，则将所述调整后的结构尺寸确定为所述螺旋折流板换热器的结构尺寸。
[0028]进一步地,所述方法还包括:
[0029]通过如下公式(2)所示的螺旋折流板壳程阻力系数关联式计算壳程压力降；
[0030]fs=gReshβ 1 和Λ Ps=fsX (0.5X P sXus2) XL/des......(2)；
[0031]在上述公式(2)中:Λ Ps为壳程压力降；fs为壳程阻力系数；P s为壳程流体密度，由所述螺旋折流板换热器的物性数据确定；US为壳程流体流速，由所述螺旋折流板换热器的工艺数据和所述螺旋折流板换热器的结构数据确定山为换热管管长，由所述螺旋折流板换热器的结构数据确定；g、h和i为壳程阻力系数关联式准数，所述壳程阻力系数关联式准数根据所述螺旋折流板换热器的结构数据、所述螺旋折流板换热器的工艺数据和所述螺旋折流板换热器的物性数据确定。
[0032]提供一种获取螺旋折流板换热器结构尺寸的装置，所述装置包括:
[0033]第一获取模块，用于获取螺旋折流板换热器的约束条件数据；
[0034]第二获取模块，用于根据所述约束条件数据，获取结构尺寸、壳程膜传热系数和管程传热系数；
[0035]第一计算模块，用于根据所述结构尺寸，计算螺旋折流板换热器的第一传热面积；
[0036]第二计算模块，用于根据所述壳程膜传热系数和所述管程传热系数计算第一总传热系数；
[0037]第三计算模块，用于根据所述第一总传热系数计算所述螺旋折流板换热器的第二传热面积；
[0038]确定模块，用于如果所述第一传热面积与所述第二传热面积之间的比值在预设的比值范围内，将所述结构尺寸确定为所述螺旋折流板换热器的结构尺寸。
[0039]进一步地，所述约束条件数据包括螺旋折流板换热器的结构数据、螺旋折流板换热器的工艺数据和螺旋折流板换热器的物性数据；
[0040]所述螺旋折流板换热器的结构数据包括壳体直径、管程数、管长、管外径、管道排布形式、换热管类型和折流板倾角角度；
[0041]所述螺旋折流板换热器的工艺数据包括流体的速度值、流体的入口温度值和流体的入口压力值；
[0042]所述螺旋折流板换热器的物性数据包括流体的密度值、比热、导热系数和粘度值。
[0043]进一步地，所述第二获取模块包括:
[0044]确定单元，用于根据所述螺旋折流板换热器的结构数据，确定所述结构尺寸；
[0045]第一计算单元，用于根据所述螺旋折流板换热器的结构数据、所述螺旋折流板换热器的工艺数据和所述螺旋折流板换热器的物性数据计算所述壳程膜传热系数；
[0046]第二计算单元，用于根据所述螺旋折流板换热器的结构数据、所述螺旋折流板换热器的工艺数据和所述螺旋折流板换热器的物性数据计算所述管程传热系数。
[0047]进一步地，所述装置还包括:
[0048]第四计算模块，用于通过如下公式(2)所示的螺旋折流板壳程阻力系数关联式计算壳程压力降；
[0049]fs=gReshβ 1 和Λ Ps=fsX (0.5X P sXus2) XL/des......(2)；
[0050]在上述公式(2)中:Λ Ps为壳程压力降；fs为壳程阻力系数；Ps为壳程流体密度，由所述螺旋折流板换热器的物性数据确定；us为壳程流体流速，由所述螺旋折流板换热器的工艺数据和所述螺旋折流板换热器的结构数据确定山为换热管管长，由所述螺旋折流板换热器的结构数据确定；g、h和i为壳程阻力系数关联式准数，所述壳程阻力系数关联式准数根据所述螺旋折流板换热器的结构数据、所述螺旋折流板换热器的工艺数据和所述螺旋折流板换热器的物性数据确定。
[0051]本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是:
[0052]本发明实施例通过获取约束条件数据,初步确定结构尺寸，通过初步确定的结构尺寸计算换热器的第一传热面积，并通过约束条件数据计算总传热系数和第二传热面积，通过比较第一传热面积与第二传热面积，最终确定螺旋折流板换热器的结构尺