1．结合毕业设计（论文）课题情况，根据所查阅的文献资料，每人撰写

2000字左右的文献综述：

文 献 综 述

1 换热器性能评价的重要性

中国经济发展主要建立在国内能源生产与供应基础之上，能源技术装备也主要依靠国内供应,但是我国能源利用效率低、环保技术相比于发达国家明显落后。能源的紧缺制约着我国经济的发展，仅仅每年由于环境破坏所引起的经济损失就占到国名生产总值的5%#8212;10%，所以如何提高能源利用效率，缓解环境压力成为能源管理中的首要问题。

换热器作为能量系统中使用最广泛的单元设备之一，是石油、化工、动力、能源、冶金、航空、车辆、制冷、食品等领域的通用设备,在工业生产中占有重要地位。其性能的改善对于改进系统的用能过程,降低能量消耗具有重要的意义。因此, 采用一定的方法对换热器性能进行评价就显得尤其重要。

2 换热器的性能评价方法

2.1 换热器性能评价概述

由于换热器类型众多，且各种强化传热手段各异，所以国内外针对不同种类、不同型号换热器能效评价还没有统一标准。目前，换热器的评价标准主要有两类: 一类是基于热力学第一定律，从能量的角度进行分析;另一类是基于热力学第二定律，从火用和熵的角度分析。最近十年间，对于第二类评价标准的研究越来越多，备受关注[1]。但是在换热器对流传热过程中，无论是有限温差下传热、流动阻力、还是流体混合都会发生热力学不可逆损失。然而不可逆非平衡热力学研究目前尚未成熟，所以基于热力学第二定律的换热器性能的评价和优化设计方法还有很多问题亟待解决。

2.2 换热器性能评价传统指标

常见的换热器性能评价法采用单一参数,如传热系数K及压降ΔP[2]。这种方法简单且直观,但这些指标仅从能量利用的某一个方面来衡量其热性能,难以比较不同换热器之间或换热器强化传热前后性能的高低。有学者提出以消耗单位流体输送机械功率N 所传递的热量Q，即Q/N作为评价换热器性能的指标。还有采用K/ △P 以及无因次化 Nu/ζ 来进行评价，为了更准确地反应强化传热的性能，进一步也可以使用K/△P1/3 及Nu/ζ1/3 作为指标[3][4]。R.L.Webb在综合分析的基础上, 提出了一套较为完整的性能评价理论, 即维持输送功率、传热面积、传热负荷三因素中的两因素不变,比较第三因素的大小以评定其传热性能的优劣[5]。这些指标是以热力学第一定律为基础,未能区分传热量Q 与动力消耗N 之间的能质差别，只从能量利用的数量上来反映换热器的性能。Bejan 以热力学第二定律为基础,提出了以有限温差导热和流体流动阻力引起的总熵产最小作为目标函数的换热器优化方法[6][7]，以熵产数作为换热器性能的评价指标。熵产分析法能揭示换热器传热过程的物理本质且目标函数单一易于获得优化参数,只要无因次化得当还能获得物理意义明确的无因次熵产数，克服了上述方法的不足。作为对传热性能优劣的评价, 在此基础上有学者进一步将熵产分析法深化发展，以换热器两侧冷、热流体的换热过程为重点建立换热器传热过程的嫡产率关系式，该式既能反映冷、热流体流动和换热的特性,又能综合体现换热器传热过程的性能，可作为目标函数寻找出换热器的最佳设计和运行参数[8]。但是熵产数的数值是一个绝对值,很难对不同结构类型、不同操作条件的换热器进行性能比较与评价。一些学者采用”火用”分析法对换热器性能进行评价,提出了”火用”效率指标[9]。在此基础上有学者提出了一项评价换热器性能的火用经济指标：单位传热量的总费用η[10][11]。计算和分析表明,该指标不仅能反映换热器不可逆总费用的多少,而且能反映换热器传热量的大小和投资的多少,因此,η值的大小可作为评价换热器火用经济学性能的主要技术指标。

常见的换热器热力学性能评价指标火用效率ηe和无因次熵产数Ns在实际应用时存在不足,在此基础上，有学者提出了另一个的换热器热力学性能评价指标：无因次熵产率( 火用损率)Ne[12]。分析和讨论的结果表明,该指标不仅物理意义明确,而且适用范围更广,在换热器的热力学性能评价时优于火用效率ηe和无因次熵产数Ns。对于串联组合的换热器系统，有人引入了能损率的概念，即用单位传热量的火用损率去分析和评价该类换热器的性能。结果表明,对串联组合换热器系统,其热力学性能不仅与总流动趋势有关, 而且还与换热器系统的冷热流体热容量流率比、传热单元数以及其中的单台换热器台数和换热流型有关[13]。还有学者提出了一项评价污垢对换热器传热性能影响的指标：单位传热量的熵增率,讨论了洁净状态下的传热单元数NTU、冷热流体热容率比R、冗余面积a 等参数对换热器在考虑污垢时的传热性能的影响[14]。另外有笔者提出了用能损率反映了换热器单位传热量中可用能损失的相对大小，即N准则[15],它反映的是实际换热过程的可用能损率偏离最大可用能损率的程度。N值愈大,说明换热过程可用能损率偏离最大可用能损率愈远,故可用能损率愈小,反之亦然。

2.3 换热器性能评价最新发展

熵分析法和火用分析法从热力学第二定律出发，从能量合理利用的角度来评价换热器的性能，缺点是不直观，计算繁琐。灰靶法[16]和热经济分析法[17]除了可以评价换热器性能和阻力性能以外，还可以同时综合评价经济性能和社会效应，评价结果最为完善。但是其牵涉面很广，比较复杂，所以在国内尚未被工程设计正式使用。并且熵产最小法在换热器的设计应用中出现了一些矛盾和悖论，现有学者从导热过程与导电过程的比拟出发，提出了与电容器的能量相对应的新的物理量”火积”Eh = QvhT /2[18]，并创建火积极值原理，”火积”具有”能量”的性质，描述了一物体所具有的热量传递的总能力。火积的耗散反应传热不可逆性引起的能量传递能力损失，火积耗散数的大小可用来评价传热过程的优劣。换热器内火积耗散数可归为传热引起的火积耗散数和阻力引起的火积耗散数[19]。有学者以总的耗散数最小为目标函数,在一定的假设条件下,证明随着长径比或质量流量的变化,由有限温差传热引起的耗散和由黏性流动引起的耗散存在相反的变化趋势,因而存在最佳的长径比和质量流量[20]。在换热器的性能评价中并不是全部以火积耗散数为衡量指标，换热器传热不可逆性的度量方式取决于其用途，参与热功转换的换热器的优化准则取为熵产最小较好,而对参与热量传递的换热器,其优化准则取为火积 耗散最小更合适。在流体温度变化不剧烈的换热器中,两种优化准则趋于一致[21]。柳雄斌等在分析换热器内冷热流体的传热能力”火积”的耗散的基础上,提出了基于耗散的换热器热阻R E的定义[22]。换热器热阻R E愈小,单位传热量对应的冷热流体传热能力损失就愈小,换热器性能也就愈好。过增元等[23]从观察顺流和逆流换热器的温度沿流程分布的情况，得出冷、热流体温差分布的均匀性是逆流换热器效能提高的本质的结论[24]。此外，Balkan[25]提出用温差均匀性分布原则( EoTD),作为使熵产达到小的简便原则。宋伟明等[26]利用火积耗散极值原理对换热器进行优化，进一步证明了温差均匀性原则的正确性。郭江峰等发现当总的火积耗散率最小时，局部火积耗散率沿换热器均匀分布，称之为火积耗散均匀分布原则(EoED)。郭春生等人在上述几人理论的基础上第一了”火积”耗散均匀性系数，并应用其优化不同波纹倾斜角度的复合人字形板式换热器[27]。目前, 各国为改善该换热器的传热性能进行了大量的研究,主要包括管程结构和壳程结构的强化传热[28]。在工业生产中,应用最广的是对流换热强化技术,强化传热技术通常分为有源强化和无源强化两大类[29]。而传热强化可归结为：通过影响传热过程各种因素的相互协同，以实现最小的代价传递热量，经研究发现在热流密度大的地方，应该尽量提高当地的导热系数，以提高传热能力。应用一定的方法得到最优导热系数分布，优化后的导热系数场，可以降低全场温度，使温度梯度均匀化，已达到强化传热的目的[30]。

3 换热器性能评价的展望

从上述换热设备评价方法可以看出,目前已在使用和正在探索中的一些针对工业换热设备的能效评定方法一般都是用一个或多个指标从一个方面或几个方面来评价换热器的性能。由于工业换热设备的类型众多,且各种强化传热手段层出不穷,所以对换热设备能效的评价主要是应用已发表的著作和文献中提供的方法,缺乏全面、完整的评价体系。工业换热设备能效评定不仅仅是热效率单一指标的评定,而是设计、制造和使用管理等诸多因素的综合评定,在能效评定的过程中所需测量的参数均应简单易得,具有一定的使用价值,所以应该综合国内外工业换热设备的实际状况,结合能效标识制度予以分级表示, 建立由高至低的工业换热设备的能效综合评定体系。

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２．本课题要研究或解决的问题和拟采用的研究手段（途径）：

一． 课题研究的内容

采用不同的性能评价方法对一种典型的管壳式换热器的各项指标进行评价，然后计算用不同评价方法时，在不同工况下的传热特性，通过分析和对比，为进一步筛选评价方法和优化设计奠定一定的基础。熟悉换热器评价的各项指标，了解换热器参数对各种评价指标的影响。通过对同一换热器不同评价指标和评价方法的比较，重点了解各种评价方法特点的适用范围。

二． 课题研究步骤

1． 设计一种典型的管壳式换热器，充分了解换热器的设计过程和基本方法。

2． 从文献综述中的性能评价方法中选择集中典型的评价方法，对以设计好的管壳式换热器进行性能分析。

3. 计算在不同评价方法、不同工况下的传热特性。

4. 通过分析和对比确定性能评价方法的优劣。

5. 绘制出所设计管壳式换热器的总装图以及零部件图（所有图纸折合A1图纸6张以上）。