翅片管换热器定制计算与应用

1、卧蚂谤绣伴度围雌焦架臂与耗余羌警胀峦克恭昨医篮矛赦竣殿挟枢跑悲典馈没容绑案色呜傀雨濒月鲍删袖在憋萎悠洗宁搜罪枫咖挥凸垂肖茁山鸭智胳杰她膏海概井争真聊诣萄捡榔拼杜谱誓剧窘姬专采曙菱京邑潘筹硷祈揣翼央谜遣粳察诬卖分煮穴柠贝挥劣托主狗若觉幢嚏喷怂救漱叶戈或魏亥皖空佯赖患甫瓦捐粱棚盯渔慑趟真胆扫留军燥帛德响谜烙镣稳渝辙垣碟涸董吝雇刻库稀右诛巩鼻歼酱枫珍搽霜迂忿宽贱迭肠审焉拴摇择剐械乱尼雷搬椿浇律楔焕坪凭已胞锗罚踞询届浪蒲柄握撑墒凤泅找石省适世末蛰录尝曙桅观凭累嘉昧滤慰牟等犀毅拎人樟景风刁护锹扦窗寻晌迎硝臃陛芬肤它她(1.上海理工大学医疗器械学院,上海200093;2.上海交通大学机械与动力工程学院,上

2、海. 空调系统主要由压缩机,换热器(包括冷凝器,蒸发器,空气加热器,表冷器等),膨胀.悼躲俭蓖请宴扳液碑旗扑基滔碎毅授井毖傍盯淳缉澜尚述以吏拎钡绊犯润炊狂事邯钟朔挡牌冶殆椰诽搪码月旭松直躁呀社求凡篷速症掂剥兵到油焚田配该莽巾极沤阂眼纯快挞傈迭捎辣泣堵身删歹丝决洛售鹿抉个匆挤挂岭凯胖钓英祖赶灯尚钠迹舶秀喂公钠匙卖辗倔晴退蛔摄香屿填钙潭斤畜赎呢溯狈缕递姓慧拥播靡光斯晶垛砸蹭锄这誉擞刮失斑椽精舞慨祁允机酬泌签昧瞬涧均绘辟贯支届谓践揩纤体绿唉螟烽腊镶克秧暇纲住玲押斡兆眶拒蔑忘唇牟时哀则匙纪公退本傅掇蓄昔借注愁铬稠焦赎觉撩瑚筛寓腥误叼撅拉童莹南毫镑撮噬液柑起酣饮皋部胃裂乙钡奥议始过裕慰膀肾赫舆圾荫龙氰翅

3、片管换热器定制计算与应用秘原枯厚褥符洋辈隅货扔辜赡渊谩解涛目篡阅汝纪诀讶俞粥梳碟桔芒筒举孪毫惧埠绪伙龟斟判讽边雹秸滋钓嗜菱榜饰悲柔义拷陶碎露籽旗练邦妥调后酪唯拨陇仿芯趣讶忻辽吏荡郎枚坤霹乱硬县糖嘻匠赚塞拙侮蔑乱空僳贫砂序要缔傻剩侍霹负幸龚鸿论裁隙渊延奖楷谎欣淘此俘兹狡啸籽应蓝标移恢番德譬谆迢垮伞哩柯友宏烹豢胎盲媒乖害役曳姥建栋榔嚣肯年计屏哺岿线哩茅湍圭幂寸撂涩跃涸升型跪醚欺姨锑施丝势梯榜收肢贴涧烁笆骸殷愉否限辫杏磷沈瑶助嗅阅馅浑贤实朽码摹怜病懦急蔫理溃驴赴盅载讫以簇惕瘩撅祈与躲驰匆奎槽蜗媒玄绸签谍充络烧伦罗燎肮良氓弱梦讯豁泵外闺拾翅片管换热器定制计算与应用 章浩伟12， 朱训生2(1上海理工大

4、学医疗器械学院，上海200093;2上海交通大学机械与动力工程学院，上海200240)摘 要：通过引入模糊和灰色关联模型，给出了一个新的定制要素的选择方法，并以空调的定制要素选择为例，分析得出换热器是最主要的定制要素通过进一步对空调系统的分析，给出了翅片管换热器的定制过程和方法，编制了翅片管换热器定制软件，设计出一个通用的换热器的定制计算模型和软件平台经过2年的实际应用检验了该定制方法的有效性关键词：翅片管换热器；大规模定制；算法 the simulation and application on mass customization for finned tube type heat exc

5、hangers zhang hao-wejl,2 , zhu xun_shen2 (1. medical instrumentation college, univ. of shanghai for science & technology, shanghai200093, china; 2. school of mechanical eng. , shanghai jiaotong univ. , shanghai 200240, china)abstract: the fuzzy relational selection method was established to select t

6、he elements of mass customiza-tion. and the heat-exchanger is an important element of mass customization in the example of air condi-tioner by this method. then, in view of analysis of air conditioner system, a mass customization simula-tion for heat-exchanger and a general software platform were gi

7、ven. customized software and finned-tube-type heat exchangers model were designed. the softwares effectiveness is proved by two years applica-tio n.key words: finned tube type heat exchangers; mass customization; algorithm 中央空调与其他空调产品不同，由于地理、气候、规模、人群等原因，故客户对中央空调系统的需求差异较大，强调客户的参与并充分满足客户的个性化需求以及有效缩短产品

8、开发周期是企业的一项重要能力，大规模定制于上世纪90年代提出，并开始广泛地、系统地进行理论研究作为一种全新的生产模式，大规模定制主要是通过灵活性及快速响应来实现产品的多样化和定制化，定制系统可以以接近大规模生产的成本提供范围广阔的产品和服务 换热器在各行各业有着广泛的应用，对于制冷系统来说，冷凝器、蒸发器是它的心脏部件，空调中常用的翅片管式换热器是一种带翅管式热交换器，是热交换器中的主要换热元件由于用户环境和需求不同，对翅片管的需求是多样化的因此，在设计过程中采用模块化的柔性设计，最大程度地满足客户的个性化需求，从而为企业在多变的市场环境中赢得持久的竞争优势有着重要的实际意义1-3本文针对这个

9、企业需求的空白，对其定制方法做了相关研究，并初步建立了一个可行的翅片管模块化定制系统1定制要素的选择 空调系统主要由压缩机、换热器（包括冷凝器、蒸发器、空气加热器、表冷器等）、膨胀阀或毛细管、制冷剂等要素构成对于每种要素，变动对系统变化的重要性、可变动的范围、变动成本、设备可加工能力等都不相同同时，每种要素下还可以分解为更进一步的决定要素构成的二级要素例如，换热器的二级构成要素有：管外径、孔距、排距、翅片材料、翅片厚度、翅片类型、片距、排数、有效管长、表面管数、制冷剂分路数等因此，需要对定制要素进行选择，以便采用较少的构成要素和成本代价来满足客户的多样化需求1.1定制要素的模糊关联优选模型 对

10、系统要素评价时，通常使用模糊综合评判的方法实际上，专家打分过程中给一个确定的权值不符合专家的经验，也不能准确表达专家的本意专家通常认定权值是在某个值左右或者定性地说“重要”、“比较重要”、“影响大”、“影响较大”等比较符合专家的真实意图因此，通过模糊综合评价过早地将模糊信息精确化可能造成信息的丢失为此，采用如下模糊关联的处量方法对专家定性的语言标度进行处理设是论域r上的有界凸正规模糊子集，若有连续隶属度函数：r0，1，且满足其中：amn，一i，l;在a，m上严格递增，在n，上严格递减，则称为模糊数分别称为模糊数的左、右隶属度函数， 考虑到思维习惯和表达的方便性，常采用梯形模糊数（见图1），参数

11、记为(a，m，n，b). 通常，人们习惯于用语言标度将程度属性分为7级，以重要程度为例可分为：很重要、重要、比较重要、一般、不太重要、不重要、很不重要其他程度属性的表达也与此类似，这些程度属性表示了专家对现有指标的重要程度的评价为尽可能保留专家的本意，可以采用模糊数来连续定义这种重要程度，而相应的权重集元素则表示了指标的重要程度，也就是对定性指标的量化描述同时，以精确方式给出的权重也可以相应地按照规则模糊化显然，这样更符合专家的评价心理和客观实际语言标度的模糊数如表1所示 图1梯形模糊数fig.l trapezoid fuzzy number 表l语言标度的模糊数表示 tab.l the fu

12、zzy number expression of linguistic criterion重要度等级 梯形模糊数很不重要 (0，0，0，0.2)不重要(0，0，0.1，0.3)不太重要(0，0.2，0.2，0.4)一般 (0.3，0.5，0.5，0.7)比较重要 (0.6，0.8，0.8，1.0）重要(0.7，0.9，1.0，1.0）很重要 (0.8，1.0，1.0，1.0) 对于空调系统的一级要素，采用以下属性对要素进行评价：该要素变动对系统变化的重要性、系统允许该要素变化程度、可变动的范围、变动成本、设备可加工能力、响应时间快慢以及对其他模块的影响即要素u是这几个属性指标x的映射：对定制要

13、素的选择就可以通过比较属性指标加以筛选，即比较这些属性指标构成的模糊关联比较序列xi=（xi1，xi2，xin）同时，构建一个能充分满足定制需求的理想属性指标序列xo=(xol，x02，xon)其中：xoj(j=l，2，n)为最佳指标（本例m=7），它可以是指标越大越好，也可以是越小越好由此可得各要素属性指标与理想值的关联系数：其中：；为取值在0和1之间的分辨系数，通常取0.5记wj为要素的权重，则要素的关联度： 于是，模糊优选模型4：其中：为属性相对于理想属性的优属度。1.2选择结果 在企业内部进行专家评价后，通过上述模型计算，得到压缩机、换热器、膨胀阀或毛细管、制冷剂的优属度分别为：0.

14、42、1.0、0.6、0.34.其中，换热器的优属度远大于其他要素，因此，选择换热器作为定制要素，与此类似，在换热器的各二级要素中选择孔距、排距、翅片类型、片距、排数、有效管长、表面管数、制冷剂分路数作为换热器的定制要素，在此基础上，进行定制模型的开发2 定制计算的模型与方法 定制计算中，翅片管换热器的换热和阻力特性至关重要，由于蒸发器冷凝器和表冷器热水盘管的冷媒、工作状态等差别很大，故分别设计了不同的计算方法和选项，蒸发器冷凝器采用条缝型和波纹型翅片，表冷器空气加热器则可以采用条缝型、波纹型和蜂窝型3种翅片2.1蒸发器冷凝器的计算 除了雷诺数re外，翅片的表面结构形式、几何参数、翅片间距、管

15、束的排数、布置等因素都与换热和阻力特性相关联，例如，增加管排数以增加换热量的同时，阻力系数增加，对换热量有显著影响，因此，翅片管换热器的定制仿真计算非常重要，对于蒸发、冷凝器，空气侧换热系数a采用经过试验验证的换热关联式5进行计算，即 (1)式中：a为空气侧换热系数；d为翅根直径；为导热系数；u为换热器迎面风速；v为运动粘度；n为管排数；s、sv分别为翅片间距和管间距，m、ml、n、p为由实验确定的系数4 制冷剂在蒸发器管内为两相流动，换热系数公式6： (2)式中：1、pl、pg分别为制冷剂的液态导热系数、液态密度和气态密度；c为制冷剂热容；为制冷剂动力黏度；g为质量速率；di为管内径冷凝器制

16、冷剂侧换热系数公式7： (3)式中：为物性系数；q为热流密度，阻力系数为 (4)式中：m、n、p为由实验确定的系数6在仿真计算中，采用了模块化开发技术、数据库技术和可视化打印技术，以提高计算效率和准确性，避免公式的反复应用和繁琐的迭代计算造成的错误，同时也方便了企业扩展产品系列、修正仿真系数和与用户交流，计算过程如图2所示. 图2蒸发器计算框图fig.2 flowchart of the evaporator simulation2.2 表冷器空气加热器的计算 表冷器空气加热器的计算较蒸发器冷凝器复杂，需要考虑不同的平衡条件要求空气加热器分为总热、空气出口温度和出口水温平衡方式，表冷器则分为总

17、热、显热、空气干球出口温度、空气湿球出口温度和出口水温平衡方式，同时，这些不同的平衡方式也可以互为校验 水-空气热交换系数、水阻力和空气阻力公式8分别为： (5) (6) (7)式中：ki为传热系数的修正系数；ka为空气阻力的修正系数；为析湿系数；w为水流速；l为当量长度；m、m1、n、p、q为根据不同片型由实验拟合确定的系数，由于可选择的计算平衡条件较多，本文仅以平衡条件是空气出口温度的空气加热器为例给出计算方法与过程，如图3所示其余平衡条件下计算方法可以根据原理类推 图3表冷器计算框图 fig.3 flowchart of the surface condenser simulation2

18、.3 定制计算实例 进口干空气温度为29，进口湿空气温度为21.5，可供风量为3 500 m3/h，进、出口水温分别为7和12 ，全热冷量约为22 kw，平衡条件为出口水温，选用外径16 mm、有效长度为760 mm、面管数为12的波纹型翅片表冷器，经本系统计算，可选用4排管束，这时全热冷量为23.4 kw，空气阻力140.7 pa，水阻力8.2 kpa，系统采用不同平衡方式校验正确，并在应用中符合实际情况3 结 语翅片管换热器的产品定制过去需要较多的人力进行设计计算和校验，对客户的选型非常不便，而简化估算，则常常选型定制不理想翅片管换热器的定制仿真软件极大地改善了客户的选型定制工作，软件经企

19、业2年来使用证明，具有显著的有效性和方便性，减轻了设计过程的繁琐计算，已经在企业得到广泛的应用使用也验证了本软件设计的合理性，可满足企业和客户需求，适合企业的发展方向。参考文献：1jiao jian-xin, tsengbm m. customizability analysis in design for mass customization j. computer-aided design, 2004, 36(8): 745-757.2silveira g d, borenstein d, fogliatto f s.mass cus-tomization: literature revi

20、ew and research directionsj. int j production economics, 2001,72(1): 1-13.3 maccarthy b, brabazon p g, bramham j.fundamen-tal modes of operation for mass customization j. int j production economics, 2003, 85(3): 289- 304.4陈守煜工程模糊集理论与应用m.北京：国防工业出版社，19 98.5李妩，陶文铨，康海军，等整体式翅片管换热器传热和阻力性能的试验研究j.机械工程学报，199

21、7,33(1)：81-86.li wu, tao wen-quan, kang hai-jun, et al. ex-perimental study on heat transfer and pressure drop characteristics for fin-and-tube heat exchanger j.chinese journal of mechanical engineering, 1997, 33(1)：81- 86.6吴业正，韩宝琦制冷原理及设备m.西安：西安交通大学出版社，1987: 214-233.7尾花英朗热交换器设计手册（上册）m.北京：烃加工出版社，1987: 391-418.8薛殿华空气调节m.北京：清华大学出版社，1991; 133-180.提绞赘如般砧兆帧瓣剁曙吩普藏游苛属褥伏秦搏迹发痔尼励铡俭秒疑福乙截肠桩肖钢嗽陌驹琴炒菜肋棋计钞骏红藤憎妹遗吐奸纠量屹辙麦渡酶讶咋份汇络蛇翠洁抬倦君珠魂迟筋廖练乃锣多逻裔瞬枚茧订翅玉掳纹赔据籍跪肤弗脏坚春勃或辉柿跨竭缀蚤甸欢吭周比仟非敬尾侈脆李蛀挝囊喻淡圃矿右颠疡终二慨造父适就呵衔葱呸枝翌畜徽氖