CN104748612B - 一种获取螺旋折流板换热器结构尺寸的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种获取螺旋折流板换热器结构尺寸的方法及装置，方法包括：获取约束条件数据；获取结构尺寸、壳程膜传热系数和管程传热系数；计算第一传热面积；计算第一总传热系数；计算第二传热面积；如果第一传热面积与第二传热面积之间的比值在预设范围内，则确定螺旋折流板换热器的结构尺寸。一种获取螺旋折流板换热器结构尺寸的装置，装置包括：第一获取模块、第二获取模块、第一计算模块、第二计算模块、第三计算模块和确定模块。本发明通过获取螺旋折流板换热器结构尺寸的方法，能够准确计算出总传热系数，从而使得在获取螺旋折流板换热器结构尺寸的过程中提供了可靠的依据，使得大大减少了反复猜测并修改总传热系数的过程，提高了设计效率。

Description

一种获取螺旋折流板换热器结构尺寸的方法及装置

技术领域

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

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。

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。

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：

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

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：

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：

获取螺旋折流板换热器的约束条件数据；

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；

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；

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；

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；

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。

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；

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；

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；

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。

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：

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；

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；

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。

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：

通过如下公式（1）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：

Nu_s=CRe_s ^mPr_s ⁿβ^a和h_s=Nu_s×λ_s/d_es……（1）；

在上述公式（1）中：h_s为壳程膜传热系数；Nu_s为壳程努赛尔准数；Re_s为壳程流体雷诺准数；C、m、n和a为传热系数关联式系数；Nu_s、Re_s、C、m、n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；Pr_s为壳程流体普朗特准数，Pr_s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_s根据所述螺旋折流板换热器的物性数据确定；d_es为当量直径，根据所述螺旋折流板换热器的物性数据确定。

进一步地，所述方法还包括：

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。

进一步地，所述方法还包括：

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；

f_s=gRe_s ^hβⁱ和△P_s=f_s×(0.5×ρ_s×u_s ²)×L/d_es……（2）；

在上述公式（2）中：△P_s为壳程压力降；f_s为壳程阻力系数；ρ_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；u_s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；L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。

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：

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；

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；

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；

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；

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；

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。

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；

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；

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；

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。

进一步地，所述第二获取模块包括：

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；

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；

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。

进一步地，所述装置还包括：

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；

f_s=gRe_s ^hβⁱ和△P_s=f_s×(0.5×ρ_s×u_s ²)×L/d_es……（2）；

在上述公式（2）中：△P_s为壳程压力降；f_s为壳程阻力系数；ρ_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；u_s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；L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。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

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寸。本发明通过上述获取方法，能够准确计算出总传热系数，从而在获取螺旋折流板换热器结构尺寸的过程中提供了可靠的依据，使得大大减少了反复猜测并修改总传热系数的过程，提高了设计效率；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符，不用重复设计和制作螺旋折流板换热器，从而减少了设计成本，增加了生产效益。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一提供的获取螺旋折流板换热器结构尺寸的方法流程图；

图2是本发明实施例二提供的获取螺旋折流板换热器结构尺寸的装置结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

实施例一

如图1所示，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：

步骤101：获取螺旋折流板换热器的约束条件数据；

步骤102：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；

步骤103：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；

步骤104：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；

步骤105：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；

步骤106：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。

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寸。本发明通过上述获取方法，能够准确计算出总传热系数，从而在获取螺旋折流板换热器结构尺寸的过程中提供了可靠的依据，使得大大减少了反复猜测并修改总传热系数的过程，提高了设计效率；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符，不用重复设计和制作螺旋折流板换热器，从而减少了设计成本，增加了生产效益。

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；

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；

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；

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。

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：

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；

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；

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。

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：

通过如下公式（1）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：

Nu_s=CRe_s ^mPr_s ⁿβ^a和h_s=Nu_s×λ_s/d_es……（1）；

在上述公式（1）中：h_s为壳程膜传热系数；Nu_s为壳程努赛尔准数；Re_s为壳程流体雷诺准数；C、m、n和a为传热系数关联式系数；Nu_s、Re_s、C、m、n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；Pr_s为壳程流体普朗特准数，Pr_s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_s根据所述螺旋折流板换热器的物性数据确定；d_es为当量直径，根据所述螺旋折流板换热器的物性数据确定。

进一步地，所述方法还包括：

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。

进一步地，所述方法还包括：

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；

f_s=gRe_s ^hβⁱ和△P_s=f_s×(0.5×ρ_s×u_s ²)×L/d_es……（2）；

在上述公式（2）中：△P_s为壳程压力降；f_s为壳程阻力系数；ρ_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；u_s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；L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。

实施例二

如图1所示，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：

步骤201：获取螺旋折流板换热器的约束条件数据；

通过在设计螺旋折流板结构时，先得到客户或设计人员提供的对于螺旋折流板换热器的使用要求、设计要求或使用条件等。

步骤202：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；

设计人员能够根据螺旋折流板换热器的约束条件数据，得到螺旋折流板换热器结构模型的初步尺寸，并将约束条件数据带入对应公式中分别计算壳程传热系数与管程传热系数。

步骤203：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；

通过螺旋折流板换热器的传热面积的计算公式，将螺旋折流板换热器的模型结构尺寸带入，得到螺旋折流板换热器的第一传热面积。

步骤204：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；

步骤205：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；

由步骤204和步骤205，通过总传热系数的计算公式，将已计算出的壳程膜传热系数和管程传热系数值带入总传热系数的计算公式中，得到第一总传热系数的系数值，并通过第一总传热系数计算第二传热面积。

步骤206：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。

由约束条件数据得到的结构尺寸，并通过此结构尺寸计算出的传热面积与第二传热面积进行比较，若此结构尺寸计算出的传热面积即第一传热面积与第二传热面积的比值不在预定范围内，则调整结构尺寸数据（在原有基础上增加10%或减少10%），并计算相应的传热面积即第三传热面积，由于结构尺寸数据做了调整，相应的约束条件数据也改变了，因此由约束条件数据计算得到的壳程膜传热系数和管程传热系数也要重新计算，并计算由壳程膜传热系数和管程传热系数得到的第二总传热系数，再根据第二总传热系数计算出第四传热面积，用第三传热面积与第四传热面积进行比较，并根据比值，观察是否在预定范围内，若比值在范围内，则第三传热面积的结构尺寸为螺旋折流板的结构尺寸，若比值不在范围内，则继续调整结构尺寸，直到获取的比值在预定范围内。

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寸。本发明通过上述获取方法，能够准确计算出总传热系数，从而在获取螺旋折流板换热器结构尺寸的过程中提供了可靠的依据，使得大大减少了反复猜测并修改总传热系数的过程，提高了设计效率；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符，不用重复设计和制作螺旋折流板换热器，从而减少了设计成本，增加了生产效益。

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；

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；

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；

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。

其中，对于结构尺寸相同的螺旋折流板换热器，由于在使用中流体的性质不同，也会导致螺旋折流板换热器的换热性能与压力性能不同，因此在设计螺旋折流板换热器的结构尺寸时，需要将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考虑在内，使得在此基础上得到的螺旋折流板换热器的结构尺寸的获取方法能够满足各种流体介质的通入。

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：

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；

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；

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。

其中，在根据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时，将约束条件中，会有带范围的数据，将此数据中的整数部分数值取出，带入到管长的数据中，并且分别进行步骤202-206，例如，管长为4-6米，则将4、5和6米这三个值分别带入到步骤202-206中，得到3个结构尺寸，若3个都满足步骤206中的比值范围条件，则将3组结构尺寸列出，由设计人员挑选一组结构尺寸作为螺旋折流板换热器的结构尺寸；若输入的数值带有小数时，例如管长为5.5米，则将5和6米都带入计算，如此使得最终确定的螺旋折流板换热器的结构尺寸更加准确。

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：

通过如下公式（1）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：

Nu_s=CRe_s ^mPr_s ⁿβ^a和h_s=Nu_s×λ_s/d_es……（1）；

在上述公式（1）中：h_s为壳程膜传热系数；Nu_s为壳程努赛尔准数；Re_s为壳程流体雷诺准数；C、m、n和a为传热系数关联式系数；Nu_s、Re_s、C、m、n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；Pr_s为壳程流体普朗特准数，Pr_s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_s根据所述螺旋折流板换热器的物性数据确定；d_es为当量直径，根据所述螺旋折流板换热器的物性数据确定。

进一步地，所述方法还包括：

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。

其中，将第一传热面积设为X，第二传热面积设为Y，

如果Y(1+a%)≤X≤Y(1+b%)，则将结构尺寸确定为螺旋折流板换热器的结构尺寸；

若X>Y(1+b%)或X<Y(1+a%)，则调整结构尺寸，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。

在上述式中，a和b分别为第二传热面积的最小限定值和最大限定值，最小限定值和最大限定值根据设计人员的设计要求确定。

进一步地，所述方法还包括：

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；

f_s=gRe_s ^hβⁱ和△P_s=f_s×(0.5×ρ_s×u_s ²)×L/d_es……（2）；

在上述公式（2）中：△P_s为壳程压力降；f_s为壳程阻力系数；ρ_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；u_s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；L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。

其中，在确定螺旋折流板换热器的结构尺寸后，计算在此结构尺寸下的管程压力降和壳程压力降，管程压力降通过经典管程阻力系数关联式计算，壳程压力降通过公式（2）计算得出，通过管程压力降值和壳程压力降值能够显示螺旋折流板换热器的压力性能，管程压力降值和壳程压力降值越小，螺旋折流板换热器的压力性能越好，将螺旋折流板换热器结构尺寸相对应的压力降计算出来，若根据步骤202-206得到多组螺旋折流板换热器的结构尺寸，则设计人员能够通过每组螺旋折流板换热器结构尺寸对应的压力降，确定最后要加工生产的螺旋折流板换热器的结构尺寸。

实施例三

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：

第一获取模块301，用于获取螺旋折流板换热器的约束条件数据；

第二获取模块302，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；

第一计算模块303，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；

第二计算模块304，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；

第三计算模块305，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；

确定模块306，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。

本发明实施例提供一种获取螺旋折流板换热器结构尺寸的装置，通过第一获取模块301获取约束条件数据，根据第二获取模块202初步确定结构尺寸，通过第一计算模块303计算螺旋折流板换热器的第一传热面积，并通过第二计算模块304计算第一总传热系数，通过第三计算模块205计算第二传热面积，通过确定模块306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寸。通过本发明实施例提供的装置使得在获取螺旋折流板换热器的结构尺寸时更加方便快捷，并通过第二计算模块准确计算出第一总传热系数，从而在获取螺旋折流板换热器结构尺寸的过程中提供了可靠的依据，使得大大减少了反复猜测并修改总传热系数的过程，提高了设计效率；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符，不用重复设计和制作螺旋折流板换热器，从而减少了设计成本，增加了生产效益。

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；

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；

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；

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。

进一步地，所述第二获取模块302包括：

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；

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；

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。

其中，在第二获取模块302中，还包括取整单元，所述取整单元用于将约束条件中，如果有带范围的数据，将此数据中的整数部分数值取出，例如，管长为4-6米，则将4、5和6米这三个值取出，分别带入到管长的数值中，再根据确定单元，确定所述结构尺寸。如此使得约束条件数据标准化，并且通过多组值计算，能够使得到的螺旋折流板换热器的结构尺寸更加准确。

在第一计算单元中，还包括计算子单元，用于计算所述壳程膜传热系数，具体包括：

通过如下公式（1）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：

Nu_s=CRe_s ^mPr_s ⁿβ^a和h_s=Nu_s×λ_s/d_es……（1）；

在上述公式（1）中：h_s为壳程膜传热系数；Nu_s为壳程努赛尔准数；Re_s为壳程流体雷诺准数；C、m、n和a为传热系数关联式系数；Nu_s、Re_s、C、m、n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；Pr_s为壳程流体普朗特准数，Pr_s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_s根据所述螺旋折流板换热器的物性数据确定；d_es为当量直径，根据所述螺旋折流板换热器的物性数据确定。

在确定模块306中，还包括调整单元，所述调整单元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结合第一计算模块303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第二计算模块304计算第二总传热系数，根据所述第二总传热系数结合第三计算模块305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。

具体地，将第一传热面积设为X，第二传热面积设为Y，

如果Y(1+a%)≤X≤Y(1+b%)，则将结构尺寸确定为螺旋折流板换热器的结构尺寸；

若X>Y(1+b%)或X<Y(1+a%)，则调整结构尺寸，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。

在上述式中，a和b分别为第二传热面积的最小限定值和最大限定值，最小限定值和最大限定值根据设计人员的设计要求确定。

进一步地，所述装置还包括：

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；

f_s=gRe_s ^hβⁱ和△P_s=f_s×(0.5×ρ_s×u_s ²)×L/d_es……（2）；

在上述公式（2）中：△P_s为壳程压力降；f_s为壳程阻力系数；ρ_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；u_s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；L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。

其中，在确定螺旋折流板换热器的结构尺寸后，计算在此结构尺寸下的管程压力降和壳程压力降，管程压力降通过经典管程阻力系数关联式计算，壳程压力降通过公式（2）计算得出，通过管程压力降值和壳程压降值能够显示螺旋折流板换热器的压力性能，管程压力降值和壳程压力降值越小，螺旋折流板换热器的压力性能越好，将螺旋折流板换热器结构尺寸相对应的压力降计算出来，若根据步骤302-306得到多组螺旋折流板换热器的结构尺寸，则设计人员能够通过每组螺旋折流板换热器结构尺寸对应的压力降，确定最后要加工生产的螺旋折流板换热器的结构尺寸。

实施例四

本发明实施例提供获取螺旋折流板换热器结构尺寸的实现方式，设计人员在计算机的操作界面中将螺旋折流板换热器的约束条件数据输入到第一获取模块中，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；

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；

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；

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；设计人员将这些数据对应输入到第一获取模块中。

计算机通过第二获取模块中的确定单元，确定所述结构尺寸；

通过第二获取模块中的第一计算单元，计算所述壳程膜传热系数，具体为通过如下公式（1）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：

Nu_s=CRe_s ^mPr_s ⁿβ^a和h_s=Nu_s×λ_s/d_es……（1）；

在上述公式（1）中：h_s为壳程膜传热系数；Nu_s为壳程努赛尔准数；Re_s为壳程流体雷诺准数；C、m、n和a为传热系数关联式系数；Nu_s、Re_s、C、m、n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；Pr_s为壳程流体普朗特准数，Pr_s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_s根据所述螺旋折流板换热器的物性数据确定；d_es为当量直径，根据所述螺旋折流板换热器的物性数据确定。

通过第二获取模块中的第二计算单元，计算所述管程传热系数。

其中，在第二获取模块中，还包括取整单元，所述取整单元用于将约束条件中，如果有带范围的数据，将此数据中的整数部分数值取出，例如，管长为4-6米，则将4、5和6米这三个值取出，分别带入到管长的数值中，再根据确定单元，确定所述结构尺寸。如此使得约束条件数据标准化，并且通过多组值计算，能够使得到的螺旋折流板换热器的结构尺寸更加准确。

计算机中的第一计算模块根据所述结构尺寸，计算螺旋折流板换热器的第一传热面积；

计算机中的第二计算模块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；

计算机中的第三计算模块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；

运行计算机中的确定模块时，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。

在确定模块中，还包括调整单元，所述调整单元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结合第一计算模块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第二计算模块计算第二总传热系数，根据所述第二总传热系数结合第三计算模块计算第四传热面积，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。

具体地，将第一传热面积设为X，第二传热面积设为Y，

如果Y(1+a%)≤X≤Y(1+b%)，则将结构尺寸确定为螺旋折流板换热器的结构尺寸；

若X>Y(1+b%)或X<Y(1+a%)，则调整结构尺寸，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。

在上述式中，a和b分别为第二传热面积的最小限定值和最大限定值，最小限定值和最大限定值根据设计人员的设计要求确定

计算机中的第四计算模块，在确定螺旋折流板换热器的结构尺寸后，计算在此结构尺寸下的管程压力降和壳程压力降，管程压力降通过经典管程阻力系数关联式计算，壳程压力降通过公式（2）计算得出，通过管程压力降值和壳程压降值能够显示螺旋折流板换热器的压力性能，管程压力降值和壳程压力降值越小，螺旋折流板换热器的压力性能越好，将螺旋折流板换热器结构尺寸相对应的压力降计算出来，若根据步骤实施例1中提到102-106得到多组螺旋折流板换热器的结构尺寸，则设计人员能够通过每组螺旋折流板换热器结构尺寸对应的压力降，确定最后要加工生产的螺旋折流板换热器的结构尺寸。

具体通过如下公式（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；

f_s=gRe_s ^hβⁱ和△P_s=f_s×(0.5×ρ_s×u_s ²)×L/d_es……（2）；

在上述公式（2）中：△P_s为壳程压力降；f_s为壳程阻力系数；ρ_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；u_s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；L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。

在计算机运行后将计算出一组或多组螺旋折流板换热器结构尺寸在输出界面的输出模块中显示出来，在输出界面同时显示出设计人员所输入的约束条件，以及一组或多组螺旋折流板换热器结构尺寸对应的压力降，如此用于设计人员在计算机输出多组螺旋折流板换热器结构尺寸时，便于判断确定最终要加工制作的螺旋折流板换热器结构尺寸，并将最终确定的螺旋折流板换热器结构尺寸通过打印模块打印出来，此外在计算机中还有数据库，在数据库中存储有标准化的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，当设计人员输入的约束条件不符合数据库中的标准数据时，计算机通过帮助模块提醒设计人员输入数据有误，需要重新输入，使得避免了因数据输入有误，而导致螺旋折流板换热器的结构尺寸无法得出。

本发明实施例通过计算机获取约束条件数据，并最终确定螺旋折流板换热器的结构尺寸。本发明实施例通过上述装置，不需要设计人员计算大量数据，通过计算机就能够准确快速地计算出总传热系数，从而在获取螺旋折流板换热器结构尺寸的过程中提供了可靠的依据，使得大大减少了反复猜测并修改总传热系数的过程，提高了设计效率；在计算壳程膜传热系数与壳程压力降时，通过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综合确定，如此使得在获取螺旋折流板换热器的结构尺寸时，能够综合考虑结构尺寸和流体性质等其他要求，使得获取的螺旋折流板换热器更准确，使螺旋折流板换热器能够适应多种介质流体通入，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符，不用重复设计和制作螺旋折流板换热器，从而减少了设计成本，增加了生产效益。

本领域技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种获取螺旋折流板换热器结构尺寸的方法，其特征在于，所述方法包括：

获取螺旋折流板换热器的约束条件数据；

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；

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；

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；

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；

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。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，

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；

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；

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；

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。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，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：

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；

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；

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。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，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：

通过如下公式(1)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：

Nu_s＝CRe_s ^mPr_s ⁿβ^a和h_s＝Nu_s×λ_s/d_es……(1)；

在上述公式(1)中：h_s为壳程膜传热系数；Nu_s为壳程努赛尔准数；Re_s为壳程流体雷诺准数；C、m、n和a为传热系数关联式系数；Nu_s、Re_s、C、m、n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；Pr_s为壳程流体普朗特准数，Pr_s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_s根据所述螺旋折流板换热器的物性数据确定；d_es为当量直径，根据所述螺旋折流板换热器的物性数据确定。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

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。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

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；

f_s＝gRe_s ^hβⁱ和ΔP_s＝f_s×(0.5×ρ_s×u_s ²)×L/d_es……(2)；

在上述公式(2)中：ΔP_s为壳程压力降；f_s为壳程阻力系数；ρ_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；u_s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；L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。

7.一种获取螺旋折流板换热器结构尺寸的装置，其特征在于，所述装置包括：

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；

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；

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；

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；

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；

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。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，

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；

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；

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；

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。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述第二获取模块包括：

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；

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；

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。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：

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；

f_s＝gRe_s ^hβⁱ和ΔP_s＝f_s×(0.5×ρ_s×u_s ²)×L/d_es……(2)；

在上述公式(2)中：ΔP_s为壳程压力降；f_s为壳程阻力系数；ρ_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；u_s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；L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。