换热器作为热量传递中的过程设备,在工业领域中应用极为广泛。换热器性能的好坏,直接影响着能源利用和转换的效率。因此,针对换热器中的流体流动、热量传递和结构尺寸进行综合性能分析并进行相应的优化设计,无疑是一件具有理论指导意义和工程实用价值的工作。 为了实现换热器的性能评价与优化,文中依次阐述了换热器各种不同的评价与优化方法;以流动换热过程的可用能损失率为基础的性能分析方法,并导出最佳运行参数关系式;基于换热器传热性能与结构尺寸间的关系在使换热器传热量最大的前提下导出换热器两侧换热面积间的最佳匹配准则;针对流动换热过程基于给定材料获得最大换热量而导出最佳结构尺寸关系式。基于以上分析,本文以一种由翅片(或肋片)管组成的管翅式换热器为研究对象提出一种新的优化设计方法。该方法综合利用换热器两侧换热表面的最佳匹配准则、两侧流体流动换热过程的最佳的结构尺寸准则,以及使可用能损失率最小的最佳运行参数准则,采用迭代方式最终完成换热器的性能评价与优化设计。这样的设计方法能使换热器在设计阶段就能达到材料省、换热效果好与运行费用低的目的。针对文中提出的换热器性能评价与优化设计方法,本文以管翅式换热器为例编写了计算机辅助设计软件。用它可以进行管翅式换热器的设计、数据处理以及图表查询等工作。此外,文中也介绍了基于可用能分析的流动换热过程的性能实验方法,在该方法的指导下能够通过实验获得过程的最佳运行参数。