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申请/专利权人：山东正诺化工设备有限公司

摘要：本发明提供基于有限元分析的多管程绕管式换热器空间优化方法及系统，涉及数据处理技术领域，所述方法包括：根据参数数据，建立缠绕管式换热器的三维有限元模型；对三维有限元模型进行热传导、流体流动以及结构应力的有限元分析，以获取换热器内部的温度分布、流场分布以及应力分布情况；根据温度分布、流场分布以及应力分布情况，对换热器的几何结构进行优化，以得到优化后的几何结构；根据优化后的几何结构，对换热器的管侧或壳侧进行分段处理，以得到分段数据。本发明不仅提高了换热器的传热效率，还增强了其结构强度和稳定性。

主权项：1.基于有限元分析的多管程绕管式换热器空间优化方法，其特征在于，所述方法包括：获取传热管规格、芯圆筒外径、传热管数目、传热管缠绕层数、缠绕角以及流量的参数数据；根据参数数据，建立缠绕管式换热器的三维有限元模型；对三维有限元模型进行热传导、流体流动以及结构应力的有限元分析，以获取换热器内部的温度分布、流场分布以及应力分布情况；根据温度分布、流场分布以及应力分布情况，对换热器的几何结构进行优化，包括调整传热管的间距、缠绕角度以及层数，以得到优化后的几何结构；根据优化后的几何结构，对换热器的管侧或壳侧进行分段处理，以得到分段数据；根据分段数据计算各段的传热膜系数、总传热系数、传热面积以及压力损失的性能参数；根据参数数据，建立缠绕管式换热器的三维有限元模型，包括：根据芯圆筒外径，构建芯圆筒的几何体；根据传热管规格、传热管数目、传热管缠绕层数和缠绕角，在芯圆筒的几何体上生成传热管的路径和形状，以得到几何模型；对几何模型进行网格划分，生成用于有限元分析的网格模型；根据换热器各部件的材料属性，为网格模型的每个部分赋予相应的物理属性，物理属性包括弹性模量和热导率；根据换热器的实际运行条件，为网格模型施加边界条件和载荷，以得到缠绕管式换热器的三维有限元模型，边界条件包括温度和压力，载荷包括流体动力学载荷；对几何模型进行网格划分，生成用于有限元分析的网格模型，包括：定义粒子群的大小，每个粒子代表一个潜在的网格划分方案，为每个粒子初始化位置和速度，粒子群的大小为粒子的数量，初始化位置代表网格划分的参数；确定评估每个网格划分方案优劣的适应度函数；在每次迭代中，根据粒子的当前位置和速度，更新每个粒子的位置和速度；根据每个粒子的位置，生成对应的网格模型；重复步骤，直到达到预设的迭代次数，在迭代结束后，输出最终位置对应的网格划分方案作为最终的网格；适应度函数的计算公式为： ；其中，F是适应度值，和是权重系数，分别代表网格质量和网格生成时间在适应度函数中的重要性；P是网格质量评估指标的总数，是索引，用于遍历所有的网格质量评估指标，取值从1变化到P；是第个网格质量评估指标的权重；N是网格中单元的总数，i是单元的索引，用于遍历网格中的所有单元，取值从1变化到N；是第i个单元的实际体积；是理想单元的体积，是一个常数；T是网格生成所需的时间；和是调整系数；是一个调整系数；M是网格中不同类型的单元数量。

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