发夹式换热器壳程流体传热特性及多目标优化

李雅侠; 王鑫; 李百慧; 张丽; 张静

doi:10.13543/j.bhxbzr.2025.02.003

北京化工大学学报（自然科学版） ›› 2025, Vol. 52 ›› Issue (02) : 26 -33. DOI: 10.13543/j.bhxbzr.2025.02.003

发夹式换热器壳程流体传热特性及多目标优化

李雅侠, 王鑫, 李百慧, 张丽, 张静

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摘要

采用数值模拟方法研究了发夹式换热器的壳程流体换热特性，并以提高综合性能指标PEC（总换热量与总功耗之比）和减小无量纲材料成本M'（换热器材料成本与原结构材料成本之比）为目标建立神经网络模型，采用非支配排序遗传算法（NSGA-Ⅱ）对无量纲参数折流板间距l'、折流板缺口高度h'、曲率半径r'和雷诺数Re这4个设计变量进行多目标优化。结果显示：在本研究范围内，弯管段的换热量占换热器总换热量的5.0%～16.3%，而功耗仅占总功耗的0.5%～1.0%，说明弯管段结构的存在使得发夹式换热器在功耗小幅增加的情况下换热性能显著提高；参数优化后，得到l'的最佳取值为2.50,h'、r'、Re的最佳取值范围分别为0.33～0.45、0.80～1.30、8 000～11 000。从优化解集中选取两个代表性解，与原结构相比，优化结构1的PEC提高了25.12%,M'基本不变；优化结构2的PEC提高了17.93%,M'值降低了6.56%，结果表明多目标优化对发夹式换热器结构参数的优化效果明显。