摘要：

大多数热/化学工业都配备了热交换器以提高热效率。热交换的性能高度依赖于管程的设计修改，如横截面积、方向以及管子挡板的切割。然而，这些参数在确定壳体和管式换热器的最佳设计条件时，没有具体的关系。具有最大的传热率和降低的压降。因此，对a进行了实验和数值模拟。具有不同管径的热交换器。本研究中考虑的换热器是一种单壳、多通装置。应用广义回归神经网络(GRNN)在输入和输出过程参数之间建立关系。实验数据集。然后利用人工免疫系统(AIS)对GRNN进行优化，获得优化的输入参数。最后,结果提出了开发的混合GRNN-AIS方法。

关键词:管壳式换热器;人工免疫系统;广义回归神经网络;传热;压降

引言

热交换器是一种通用设备，用于各种工业应用和能量转换系统[1,2]。热交换器的性能在很大程度上取决于管程的设计修改，比如横截面积、定向和管子的折流板弓形缺口。管壳式换热器（STHE）的能力很大程度上依赖于支撑管束的挡板构件，并将流体均匀地分布在壳程。弓形折流板的主要缺点是流动缓慢造成的低传热[3]。在相同的热负荷下制造高压力降需要高的抽运功率。由于流体[4]所包围的环形表面积，管的方向会影响传热速率。在STHE中，折流板弓形缺口布置影响其性能，在折流板弓形缺口布置上稍微改变一下，可以增加传热率，减少压降[5]。

以往的研究主要集中在诸如Kern、Tinker和Delaware的发展途径上[6-8]，以计算拥有不同挡板的STHE的壳程的传热和压降。Thome[9]观察到，在STHE性能上，相比于使用带插入方法的普通管道，性能提高了15% - 35%。Thome[9]观察到，在STHE性能上，相比于使用带刀片方法的普通管道，性能提高了15% - 35%。所有上述参数对传热和压降的集体影响是值得注意的，在使用一个乐观的方法去设计STHE。在相同长度的热交换器中，每单位压降的传热系数随螺旋倾角的增大而增大。当普朗特数较大时，带有小折流角的热交换器是一个最优的选择[10]。Luhong等人[11]确定了当螺旋角范围从7°到25°时的壳程的传热系数。对一种具有四种不同建模方法的折流杆 STHE进行了三维数值模拟，验证出了实验结果[12]。在参考文献[13]中评估了隔板间的距离、折流板弓形缺口和壳体直径相关性的影响。压力梯度随着挡板空间的减小而增大，而一个长的挡板空间会导致一个高传热率和低压梯度[14]。花挡板的安装影响流体沿流动方向的温度，从而有效地提高壳程的传热率[15]。由于管形和旋流的形成[16]，弯曲的椭圆管的传热系数和压降要高于光滑圆管的传热系数和压降。Peng和Ling[17]提出了一种利用遗传算法与神经网络相结合的板翅式换热器的优化设计方法。

图1：在实验室环境中试验STHE

图2：实验用的STHE的框图

在此研究中，对一个拥有12个椭圆形铜管和不锈钢壳体的STHE进行了实验分析。在分析中，在改变工艺参数的同时，测量冷热流体出口温度和管壳程的压降: 折流板弓形缺口、管子方向、条带考虑、以及冷热流体入口温度。一个基于广义回归神经网络（GRNN）的预测工具被建立去创造了输入和输出过程参数之间的关系。利用经典关系式得到了热传递和总压降的结果。然后，在GRNN中使用人工免疫系统(AIS)来获得优化的输入参数。

实验装置

一个有该椭圆管(管取向:60°，折流板弓形缺口:25%)的STHE被使用作为了实验设备。STHE的规模(实验室模型)和实验装置的尺寸如图1所示。过程的方框图如图2所示。该装置展示了在改变工艺参数的同时进行多项实验的能力，并且可以为工业应用实现模型的规模。

实验装置配备了各种测量装置，如热电偶，以测量冷热流体进口和出口的温度。流量计是用来测量流体流动的。在本研究中，实验考虑了两种情况:(1)不