CN108170998A - 一种管壳式热交换器能效评价方法 - Google Patents

一种管壳式热交换器能效评价方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种管壳式热交换器能效评价方法,包括以下步骤:获取管壳式热交换器的能效参数;采用所述能效参数基于管壳式热交换器所交换的净能量建立能效特征函数;确定管壳式热交换器的最优总传热系数,结合所述能效特征函数得到最优能效指标。本发明能够得到最优能效指标以及能效评价指标,为高效管壳式热交换器的热力设计提供基础。

Description

一种管壳式热交换器能效评价方法
技术领域
[0001] 本发明涉及热交换器能效评价技术领域,特别是涉及一种管壳式热交换器能效评 价方法。
背景技术
[0002] 热交换器是冷热流体间传递热量的设备,是保证工业生产正常运行的不可缺少的 部件,在金属消耗、动力消耗和投资方面占有重要份额,换热压力容器属于国家质检总局规 定的高耗能特种设备。同时热交换器更是提高能源利用率的主要设备之一。管壳式换热器 又称列管式换热器。是以封闭在壳体中管束的壁面作为传热面的间壁式换热器。这种换热 器结构简单、造价低、流通截面较宽、易于清洗水垢;但传热系数低、占地面积大。可用各种 结构材料(主要是金属材料)制造,能在高温、高压下使用,是目前应用最广的类型。管壳式 换热器有固定管板式汽-水换热器、带膨胀节管壳式汽-水换热器、浮头式汽-水换热器、U形 管壳式汽-水换热器、波节型管壳式汽-水换热器、分段式水-水换热器等几种类型。管壳式 换热器的主要控制参数为加热面积、热水流量、换热量、热媒参数等。
[0003] 目前有多种换热器性能的评价方法与评价指标。有总传热系数K和压降Δ P作为评 价指标,或者采用K/ Λ P以及无因次化的Nu/f来进行评价。以及K/ Δ P1/3及Nu/f1/3作为指标。 还有采用熵或者烟等参数作为的评价指标。
[0004] 然而,在现有高效热交换器的研究中,只注重对传热速率的研究,即只有传热强化 的概念而没有传热优化的概念。实际上高效热交换器在传热强化的同时,必然带来流动阻 力的增加,进而增加了栗或风机的能源消耗量。因此,如何全面有效地评价高效热交换器的 传热和流阻性能,建立能源利用效率的评价指标,成为了行业乃至政府急切解决的问题。同 时传热强化种类很多,仅工业应用较多的无源强化就分为表面粗糙法、表面扩展法、流体旋 转法和表面特殊处理法。不同类型的高效热交换器能效水平也不一样,这就必须对高效热 交换器的能效等级进行划分,形成终端用能产品的能效标识,这样就能容易地判断设备的 能耗水平。
[0005] 上述这些评价方法有的单纯以第一定律为基础,静态分析热交换器的能量在数量 上转换、传递、利用和损失的情况。当前,基于热力学第一定律的评价体系依然在换热系统 的评价中被广泛应用着。也有基于热力学第二定律的评价方法,考虑热量交换过程中能量 在质量上的损失,来分析换热设备中的转换、传递、利用和损失,作为热力学第二定律评价 体系代表的最小熵产法,在很多的研究中得到应用。在通常应用条件下,热交换器测试工况 与使用工况的温度水平可能差异极大,且流动熵增、损比传热熵增、损分别小1〜2个数量 级。且对于不同工业应用过程,追求的有效熵增、损目的不同,故此类评价方法不能准确反 映能效特点。除此以外,上述评价方法多以实验、经验等为基础,理论性不强,并且都是停留 在静态评价上,也没有给出某项指标的最优值。所以,给出一个理论性强的动态评价方法和 指标就显得尤为重要。
发明内容
[0006] 本发明所要解决的技术问题是提供一种管壳式热交换器能效评价方法,能够得到 最优能效指标以及能效评价指标,为高效管壳式热交换器的热力设计提供基础。
[0007] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:提供一种管壳式热交换器能效评价 方法,包括以下步骤:
[0008] (1)获取管壳式热交换器的能效参数;
[0009] (2)采用所述能效参数基于管壳式热交换器所交换的净能量建立能效特征函数;
[0010] (3)确定管壳式热交换器的最优总传热系数,结合所述能效特征函数得到最优能 效指标。
[0011] 所述步骤⑶后还包括利用能效特征函数和最优能效指标计算能效比率以确定管 壳式热交换器能效水平等级的步骤。
[0012] 所述步骤(1)中的能效参数包括管壳热交换器管壳两侧流体的平均温差、流体换 热面积、管侧流体压力降、壳侧流体压力降、管侧流体截面积、壳侧流体截面积、管侧流体流 速和壳侧流体流速。
[0013] 所述步骤(2)中建立的能效特征函数为
Figure CN108170998AD00041
其中,K为总传热系数,
Figure CN108170998AD00042
,hi为管侧对流传热系数,
Figure CN108170998AD00043
:,U1为管侧流体流 速,h为管侧流体流速对管侧对流传热系数的结构变量,ai为管侧流体流速对管侧对流传热 系数的幅度变量,h〇为壳侧对流传热系数
Figure CN108170998AD00044
,U2为壳侧流体流速,b2为壳侧流体流 速对壳侧对流传热系数的结构变量,&2为壳侧流体流速对壳侧对流传热系数的幅度变量,Cl1 为管子内直径,do为管子外直径,Atm为管壳热交换器管壳两侧流体的平均温差;Ao为流体 换热面积;AP1为管侧流体压力降,AP2为壳侧流体压力降;A1为管侧流体截面积,A2为壳侧 流体截面积。
[0014] 所述步骤(3)中的最优总传热系数
Figure CN108170998AD00045
,其中
Figure CN108170998AD00046
Figure CN108170998AD00047
A U1S管侧流体与管壳侧接触板壁的平均温差;Δ tm2为壳侧流体与 管壳侧接触板壁的平均温差;所述最优能效指标为
Figure CN108170998AD00048
'
[0015] 有益效果
[0016] 由于采用了上述的技术方案,本发明与现有技术相比,具有以下的优点和积极效 果:本发明根据热交换器换热过程的所获得的净能量,给出了能效特征函数,构建管壳式热 交换器的能效评价体系,提出了能效评价指标和最优能效指标,通过能效特征函数分析得 到的能效指标,既可以客观反应管壳式热交换器能效情况,又可以动态反应热交换器相应 变量之间的关系,并且可以优化热交换器设计,达到优化设计热交换器的目的。本发明考虑 因素全面,逻辑性、操作性强,可以较准确地评价空气冷却式热交换器的能效水平,对于提 高空气冷却式热交换器的能效水平,推进新型高效节能空气冷却式热交换器的开发、制造 和应用具有指导意义。
具体实施方式
[0017] 下面结合具体实施例,进一步阐述本发明。应理解,这些实施例仅用于说明本发明 而不用于限制本发明的范围。此外应理解,在阅读了本发明讲授的内容之后,本领域技术人 员可以对本发明作各种改动或修改,这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定 的范围。
[0018] 本发明的实施方式涉及一种管壳式热交换器能效评价方法,包括以下步骤:获取 管壳式热交换器的能效参数;采用所述能效参数基于管壳式热交换器所交换的净能量建立 能效特征函数;确定管壳式热交换器的最优总传热系数,结合所述能效特征函数得到最优 能效指标。
[0019] 其中,能效参数包括管壳热交换器管壳两侧流体的平均温差、流体换热面积、管侧 流体压力降、壳侧流体压力降、管侧流体截面积、壳侧流体截面积、管侧流体流速和壳侧流 体流速。上述能效参数可在管壳式热交换器管壳两侧设置温度传感器、流速计、压力传感器 来获取。流体换热面积、管侧流体截面积、壳侧流体截面积则可以通过测量工具进行测量。
[0020] 能效特征函数是进行能效评价的热交换器所交换(获得)的净能量,即所交换(获 得)的能量减去因热交换器管侧和壳侧压力降而损失的栗功。具体为:
Figure CN108170998AD00051
其中,K为总传热系数
Figure CN108170998AD00052
hi为管侧对流传热系数
Figure CN108170998AD00053
,U1为管侧流 体流速,h为管侧流体流速对管侧对流传热系数的结构变量,ai为管侧流体流速对管侧对流 传热系数的幅度变量,ho为壳侧对流传热系数:
Figure CN108170998AD00054
,U2为壳侧流体流速,b2为壳侧流体
Figure CN108170998AD00055
流速对壳侧对流传热系数的结构变量,a2为壳侧流体流速对壳侧对流传热系数的幅度变 量,di为管子内直径,do为管子外直径,Δ U为管壳热交换器管壳两侧流体的平均温差;Ao为 流体换热面积;AP1为管侧流体压力降,AP2为壳侧流体压力降;A1为管侧流体截面积,如为 壳侧流体截面积。
[0021] 最优总传热系数
Figure CN108170998AD00056
^ tml为管侧流体与管壳侧接触板壁的平均温差;Δ tm2为壳侧流 体与管壳侧接触板壁的平均温差。
[0022] 如此根据最优总传热系数和能效特征函数可以得到最优能效指标为
Figure CN108170998AD00057
[0023] 对需要能效评价的管壳式热交换器,计算其能效特征函数为ΔΕ,并与最优能效指 标AE^i行比较,计算出能效比率
Figure CN108170998AD00061
[0024] 以实验为基础,并通过统计分析,借鉴已有研究方法,将管壳式换热器能效综合评 定级别设为五级,一级至五级能效水平分别表示其相应达到高水平、较高水平、中等水平、 较低水平和低水平。一级能效水平、二级能效水平可定为积极推广应用的产品,三级能效水 平属于可继续应用的产品,四级能效水平属于限制应用的产品,五级能效水平属于限令淘 汰的产品。管壳式热交换器能效水平的级别评分表见表1。
[0025]
Figure CN108170998AD00062
[0026] 表1管壳式热交换器能效水平级别评分表
[0027] 不难发现,本发明根据热交换器换热过程的所获得的净能量,给出了能效特征函 数,构建管壳式热交换器的能效评价体系,提出了能效评价指标和最优能效指标,通过能效 特征函数分析得到的能效指标,既可以客观反应管壳式热交换器能效情况,又可以动态反 应热交换器相应变量之间的关系,并且可以优化热交换器设计,达到优化设计热交换器的 目的。本发明考虑因素全面,逻辑性、操作性强,可以较准确地评价空气冷却式热交换器的 能效水平,对于提高空气冷却式热交换器的能效水平,推进新型高效节能空气冷却式热交 换器的开发、制造和应用具有指导意义。

Claims (5)

1. 一种管壳式热交换器能效评价方法,其特征在于,包括以下步骤: (1)获取管壳式热交换器的能效参数; ⑵采用所述能效参数基于管壳式热交换器所交换的净能量建立能效特征函数; (3)确定管壳式热交换器的最优总传热系数,结合所述能效特征函数得到最优能效指 标。
2. 根据权利要求1所述的管壳式热交换器能效评价方法,其特征在于,所述步骤(3)后 还包括利用能效特征函数和最优能效指标计算能效比率以确定管壳式热交换器能效水平 等级的步骤。
3. 根据权利要求1所述的管壳式热交换器能效评价方法,其特征在于,所述步骤(1)中 的能效参数包括管壳热交换器管壳两侧流体的平均温差、流体换热面积、管侧流体压力降、 壳侧流体压力降、管侧流体截面积、壳侧流体截面积、管侧流体流速和壳侧流体流速。
4. 根据权利要求1所述的管壳式热交换器能效评价方法,其特征在于,所述步骤(2)中 建立的能效特征函数为
Figure CN108170998AC00021
其中,K为总传热系数,
Figure CN108170998AC00022
,hi为管侧对流传热系数,
Figure CN108170998AC00023
,ui为管侧流体流速,bi为管侧流体流速对 管侧对流传热系数的结构变量,&1为管侧流体流速对管侧对流传热系数的幅度变量,ho为壳 侧对流传热系数,
Figure CN108170998AC00024
,u2为壳侧流体流速,b2为壳侧流体流速对壳侧对流传热系数的 结构变量,&2为壳侧流体流速对壳侧对流传热系数的幅度变量,Cl1为管子内直径,do为管子 外直径,Atm为管壳热交换器管壳两侧流体的平均温差;Ao为流体换热面积;AP1S管侧流 体压力降,Δ P2为壳侧流体压力降;A1为管侧流体截面积,A2为壳侧流体截面积。
5. 根据权利要求4所述的管壳式热交换器能效评价方法,其特征在于,所述步骤(3)中 的最优总传热系数
Figure CN108170998AC00025
,其中,
Figure CN108170998AC00026
A tml*管侧流体与管壳侧接触板壁的平均温差;Δ tm2为壳侧流体与管壳侧接触板壁的平 均温差;所述最优能效指标为
Figure CN108170998AC00027
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110059386A (zh) * 2019-04-10 2019-07-26 西安交通大学 一种管壳式换热器出口参数的校验计算方法
CN110346158A (zh) * 2019-05-20 2019-10-18 西安交通大学 管壳式换热器能效定量的测量方法
CN110376239A (zh) * 2019-05-20 2019-10-25 西安交通大学 油水工质管壳式换热器能效定量的测量方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101338984A (zh) * 2008-08-08 2009-01-07 西安交通大学 一种螺旋折流板管壳式换热器的设计方法
CN103558046A (zh) * 2013-11-08 2014-02-05 上海市特种设备监督检验技术研究院 一种换热器能效评价系统
CN104036115A (zh) * 2014-05-07 2014-09-10 兰州冠宇传热与节能工程技术研究有限公司 热交换器的一种能效定量评价方法
US9207007B1 (en) * 2009-10-05 2015-12-08 Robert J. Mowris Method for calculating target temperature split, target superheat, target enthalpy, and energy efficiency ratio improvements for air conditioners and heat pumps in cooling mode
CN105136510A (zh) * 2015-10-10 2015-12-09 中国石油化工股份有限公司 基于主成分分析的换热器网络能效评价方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101338984A (zh) * 2008-08-08 2009-01-07 西安交通大学 一种螺旋折流板管壳式换热器的设计方法
US9207007B1 (en) * 2009-10-05 2015-12-08 Robert J. Mowris Method for calculating target temperature split, target superheat, target enthalpy, and energy efficiency ratio improvements for air conditioners and heat pumps in cooling mode
CN103558046A (zh) * 2013-11-08 2014-02-05 上海市特种设备监督检验技术研究院 一种换热器能效评价系统
CN104036115A (zh) * 2014-05-07 2014-09-10 兰州冠宇传热与节能工程技术研究有限公司 热交换器的一种能效定量评价方法
CN105136510A (zh) * 2015-10-10 2015-12-09 中国石油化工股份有限公司 基于主成分分析的换热器网络能效评价方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
张延丰 等: "板式热交换器能效评价方法", 《科学通报》 *
王焕光: "加速器驱动次临界系统(ADS)堆芯冷却系统换热优化", 《中国博士学位论文全文数据库 工程科技Ⅱ辑》 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110059386A (zh) * 2019-04-10 2019-07-26 西安交通大学 一种管壳式换热器出口参数的校验计算方法
CN110059386B (zh) * 2019-04-10 2020-10-23 西安交通大学 一种管壳式换热器出口参数的校验计算方法
CN110346158A (zh) * 2019-05-20 2019-10-18 西安交通大学 管壳式换热器能效定量的测量方法
CN110376239A (zh) * 2019-05-20 2019-10-25 西安交通大学 油水工质管壳式换热器能效定量的测量方法
CN110376239B (zh) * 2019-05-20 2021-01-15 西安交通大学 油水工质管壳式换热器能效定量的测量方法

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