李志敏1，周赞庆2，刘晓玲3，郭雷4
摘要：本文以试验为基础，对螺旋翅片管换热器的管束结构进行了优化设计，建立了数学模型。对建模过程中有关目标函数确定、变量分析、约束条件等进行了讨论。得到了一定限制条件下的最佳结构参数，可为电站锅炉的省煤器、空气预热器等设备的优化设计提供参考。
关键词：螺旋翅片管；换热器；优化设计
1前言
螺旋翅片管是一种高效的换热元件，广泛应用于各种换热设备中，不仅可以强化传热，而且可以减少流动阻力，热效率比较高。自从螺旋翅片管应用到生产实际中以来，人们一直对它的优化设计进行着探讨。围绕翅片管的几何尺寸一翅高、翅距、翅厚以及翅片管束的排列进行了大量的研究，以使热效率得到进一步的提高。螺旋翅片管管束的结构优化涉及到很多因素，这些因素互相影响、制约，使得螺旋翅片管管束的结构优化问题变得很复杂，具有非线性、多变量的特点。不同的学者有不同的研究方法，因而也就有不同的数学模型，每个数学模型都有自己的优点和缺点，所以至今还没有一种数学模型能够涵盖研究问题的所有方面。本文对于螺旋翅片管管束的优化设计是以单管的最优结构为基础，以管束的换热和阻力特性试验结果为依据进行的，建立了数学模型，并根据复合型调优法编制了相应的优化设计计算程序，得到了一定限制条件下的最佳结构参数。
2试验系统和试验结果
2.1试验系统
本次试验是在一个引风式的风洞中进行的。试验采用气一水换热。由锅炉供给热量加热送风机送来的空气，热空气经过整流段进入工作段和螺旋翅片管中的冷水换热，水由高位水箱供给。
根据理论分析、同类文献以及我们长期积累的经验，可以认为在流通截面积相等的情况下，流动阻力的损失是最小的。这样，我们确定了10组试验方案。以该方案为基础，既可以获得单变量的回归趋势图，又不会漏掉各个变量之间交互作用的实验数据信息，同时，又可以大大减少试验的次数。试验中采用错列布置，横向7排管，纵向7排管。采用不同节距的管束结构，通过调整可拆卸的管板，分别对10组不同的横纵向节距的管束进行试验，来研究这些参数的变化对换热和阻力特性的影响。
2.2试验结果
在对换热的数据进行回归时考虑管束布置等因素的影响，用相对量和来反映管束的密集程度的影响，经过回归处理可以得到以下的准则关系式：
当5×103