河北省科学院学报管壳式换热器*佳换热面积的计算张成怀，王建国，吴运娟，刘自强，邢丙丙河北省科学院能源研究所，石家庄050081学模型，并给出逆流式换热器*佳换热面积的解。关键词管壳式换热器；传热面积；热容量；有效度；传热单元数管壳式换热器是种间壁式换热器，通常由管壳管束管板封头和挡板组成，热量由热流体通过管壁传向冷流体。由于它具有许多优点，因而在石油化工和能源等领域得到了广泛应用。在设计这类换热器时，为了使其经济效益和社会效益达到*优，选择合适求，建立了两种不同条件下求解管壳式换热器*佳换热面积的数学模型，并以逆流式换热器为例求得其解。　　1换热器设计过程中用到的基本公式收稿日期⑴◎作者简介张局，士男旧北工业大学嚅研贱主要妒热能工程研宄邮心，厂角标1代热流体；下角标2代冷流体。　　换热器设计的有效度传热单元数法法定义打效度厂f，流体在换热器中可能发生的*大温嗖变化由热平衡方程和的定义可知。　　定义传热单元数=4，对同种结构类型的管壳式换热器，其关系是确定的，由于其肌1关系式比较杂，以线哥来农。　　2两种工作条件下管壳式换热器*佳换热面积的计算2.1工作条件之用于回收余热在设计回收余热用的管壳式换热器时，在传热系数尺不变的前提下，若换热面积4设计得太小，则热量不能充分回收，造成能量的浪费，但若换热面积设计得过大，虽然回收对于这种用途的换热器，可将热流体热容和进口温度1以及冷流体热容，2 2和进口温度2作为己知条件。　　般情况下由换热器带来的收入与换热器的换热量和年运行时间成正比，即年收入丁年运亍，间，换热器的初投资费用主要包括两部分。部分是与传热面积4无关的固定投资费以如每年的维修费以及水栗或风机购置费条另部分是与传热面积有关的费用口制造换热器所用材料的购置费。如果后者与传热面积4成线性关系，则有。　　换热器投入运行后，还需定的运行费用，主要是输运流体通过换热器时为克服沿程阻力和局部阻力所耗泵功费用，其中克服沿程阻力所耗泵功与管长即传热面积有关。　　设年内消耗的泵功费用为，其中用于克服局部阻力所耗泵功费用为山，再设克服沿程阻力的泵功费与传热面积4成线性关系，则有单位传热面积的年栗功费甩元；年若换热器的设计寿命为年，则每年的总费用包括初投资的年回收额和年泵功费2012ChinaAcademicJoumalElectronic令，+以为与传热面积无关的年支出费用心年构令=+0，为单位传热面积的年总支出费用，元2.年。则。　　将年纯收入函数4=作为目标函数，该函数取极值时的面积4即为所求*佳传热面积。　　由于5与传热面积无关即=0，因此上式化为取=.被称为热经济参数。是尤量纲试。　　将的达式代入式9得如栗选人〃丁等，数给长件下。由于认，1为常就即，此方程即为求解回收余热用的换热器*佳传热面积的数学模型。如果管壳式换热器从而求得闱佳传热面枳，1面以逆流式换热器为例求得其解此从而求出*佳的有效度。4，=*徘传热面积益6 2.2工作条件之用于加热介质，给定换热量如沿换热器用于加热介峻，给定冷流体的热容22和其进出口温度和心时给定热流体的进口温度。　　此时换热器的换热量1定，由其带来的尔收入具有确定值。由户热流体的购置费7随换热器的效度，加而减少，即随传热面枳的，大而减少。而换热器的支出费，却随换热面积的增大而，大，此时应使热流体的购置费和换热器年支出费之和为*小值，现将每公斤热流体价格折算成单位热量价格，则每年购置热流体的费用为故这优化问的数。7投型为士+，将式8和式代入1式，且闪=故有解此方程即可求得加热介质用的换热器的*佳传热面积。　　现以逆流式换热器为例求其解62.2两种情况加以讨论。　　对逆流式换热器。　　又附，坑为给定位，将心的达式和扩的达式以及瓦的定义式代入式化简为对逆流式换热器再由求得*佳传热单元数6，从而求得心。　　此时为己知，即尺，但，=6；1未知，需建立附与凡的关系，此时方程13化为如下形式付逆流式换热器从而求得在和8为已知条件下*佳沁值，此时沁值满足下式再由*佳亿值求得，遗和值。　　此外，当6=622时，亿=且=你，各参数具有确定值，不存在换热器优化问，3结束语以上研，了两种不同用途的管壳式换热器*佳换热面积的求解，主要是从经济方面加以考虑的。在实进行换热器的设计还有许多其它因素+容忽视。另外。所设汁的管壳式换热器还要符合国家标准。　　1杨世铭。传热学旧。谅高等教育出版社，1987.　　2潘继红，田茂诚。管壳换热器的分析与计算。北京科学出版社，1996