1.本發(fā)明涉及煙氣余熱回收技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種煙氣冷卻器設(shè)計(jì)平臺及設(shè)計(jì)方法。背景技術(shù)：2.目前，煙氣冷卻器主要采用焊接h型翅片管、焊接螺旋翅片管和整體型螺旋翅片管等換熱管件進(jìn)行強(qiáng)化傳熱，以提高余熱回收效率。在工程應(yīng)用中，希望用盡可能少的功耗，獲得盡可能多的換熱量。因此，在翅片管傳熱-阻力性能分析方面，采用努塞爾數(shù)nu或傳熱因子j表征傳熱性能，歐拉數(shù)eu或摩擦因子f表征阻力性能，通過建立無量綱準(zhǔn)則數(shù)(nu，eu)和性能因子(j，f)，與管束排布、構(gòu)型參數(shù)之間的關(guān)聯(lián)式，為工程設(shè)計(jì)提供重要基礎(chǔ)。由于管束類型、排布、構(gòu)型參數(shù)對管束傳熱-阻力綜合性能具有影響，在進(jìn)行煙氣冷卻器設(shè)計(jì)時(shí)需要對比不同類型換熱管束在設(shè)計(jì)工況下的傳熱-阻力綜合性能，以進(jìn)行換熱管束選型，并針對所選換熱管件進(jìn)行排布、構(gòu)型參數(shù)的優(yōu)化，提高換熱器綜合性能。煙氣冷卻器綜合換熱性能評價(jià)，可以用于進(jìn)行換熱結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，指導(dǎo)煙氣冷卻器工程設(shè)計(jì)。目前換熱器性能評價(jià)方法很多，例如jf因子、pec準(zhǔn)則等被廣泛使用，選擇合適的換熱器性能評價(jià)方法是非常必要的。3.在煙氣冷卻器工程設(shè)計(jì)與應(yīng)用中，煙氣量、煙道截面以及換熱目標(biāo)通常是確定的，但是換熱面積會(huì)隨著換熱管束類型、翅間距、翅高等參數(shù)的不同而顯著變化，采用已有的jf因子、pec準(zhǔn)則等，往往無法有效地評估具有不同換熱面積的煙氣冷卻器的綜合性能。此外，熱功比q/wp(換熱量與功耗的比值)是評價(jià)的基礎(chǔ)準(zhǔn)則，是綜合性能分析的目標(biāo)，但是熱功比q/wp的應(yīng)用性差，缺少與無量綱傳熱-阻力性能關(guān)聯(lián)式的直接聯(lián)系，并不適用于工程應(yīng)用中的傳熱-阻力綜合性能評估和優(yōu)化。因此，針對于相同工況條件下(相同煙氣量、相同換熱目標(biāo))、采用不同類型換熱管束的煙氣冷卻器設(shè)計(jì)而言，目前尚缺少適用于工程應(yīng)用的傳熱-阻力綜合性能評價(jià)方法。基于少量**實(shí)驗(yàn)結(jié)合高性能服務(wù)器cfd仿真以及適用于工程應(yīng)用的傳熱-阻力綜合性能方法，可以實(shí)現(xiàn)煙氣冷卻器綜合性能高效優(yōu)化設(shè)計(jì)。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：4.鑒于以上技術(shù)問題，本發(fā)明提出了一種煙氣冷卻器性能優(yōu)化設(shè)計(jì)平臺及設(shè)計(jì)方法，其步驟簡單，設(shè)計(jì)效果好，能夠快速設(shè)計(jì)出性能*優(yōu)的煙氣冷卻器。5.為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明的一種煙氣冷卻器設(shè)計(jì)平臺，針對安裝于燃煤機(jī)組和工業(yè)窯爐尾部煙道內(nèi)且管內(nèi)走水管外走煙氣的蛇形翅片管煙氣冷卻器進(jìn)行設(shè)計(jì)，包括風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)?zāi)K、煙氣冷卻器傳熱-阻力性能仿真模塊、傳熱-阻力性能數(shù)據(jù)處理模塊、傳熱-阻力綜合性能優(yōu)化模塊和煙氣冷卻器設(shè)計(jì)校核模塊；6.風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)?zāi)K，用以根據(jù)仿真模型要求，結(jié)合設(shè)計(jì)工況范圍，進(jìn)行傳熱-阻力性能實(shí)驗(yàn)研究，分別獲得設(shè)計(jì)工況范圍內(nèi)，低中高三個(gè)雷諾數(shù)條件下的傳熱-阻力性能實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，為換熱管束傳熱-阻力性能數(shù)值仿真模塊物理模型確認(rèn)提供數(shù)據(jù)支撐；7.煙氣冷卻器傳熱-阻力性能仿真模塊，用以建立與實(shí)驗(yàn)縱向管排數(shù)相同且橫向管排方向具有周期性結(jié)構(gòu)的換熱管束物理模型，采用該模型分別進(jìn)行模型驗(yàn)證，確定*優(yōu)的湍流模型或湍流模型組的加權(quán)系數(shù)，并采用實(shí)驗(yàn)確定的湍流模型進(jìn)行大量仿真以獲得各種運(yùn)行工況下的**的傳熱-阻力性能數(shù)據(jù)；具體針對不同翅片類型的蛇形翅片管換熱管束，采用經(jīng)風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)?zāi)K優(yōu)選的湍流模型對進(jìn)行整個(gè)設(shè)計(jì)工況條件范圍內(nèi)煙氣冷卻器周期性單元的傳熱-阻力cfd仿真數(shù)值實(shí)驗(yàn)，分別獲得各種運(yùn)行工況下的煙氣冷卻器的平均換熱系數(shù)h和壓降δp；8.傳熱-阻力性能數(shù)據(jù)處理模塊，對不同蛇形翅片管煙氣冷卻器管束在各種運(yùn)行工況下的傳熱-阻力性能實(shí)驗(yàn)或仿真數(shù)據(jù)，包括平均換熱系數(shù)h和壓降δp，進(jìn)行無量綱化處理，分別獲得傳熱性能因子j、和阻力性能因子f，并采用*小二乘擬合方法對大量仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，分別獲得煙氣冷卻器管束排布無量綱參數(shù)與j和f因子的關(guān)聯(lián)式；再根據(jù)所確定的煙氣冷卻器傳熱-阻力性能仿真模塊中確定的加權(quán)系數(shù)進(jìn)行加權(quán)處理獲得*終的傳熱-阻力性能無量綱數(shù)據(jù)公式，為傳熱-阻力綜合性能優(yōu)化模塊提供數(shù)值支撐；9.傳熱-阻力綜合性能優(yōu)化模塊，通過對比不同類型換熱管束，以及相同類型管束在不同排布和構(gòu)型參數(shù)下的傳熱阻力綜合性能，用以對管束類型和參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，并獲得*優(yōu)管型和設(shè)計(jì)參數(shù)；具體地，從理論和工程實(shí)際結(jié)合角度提出了泵功優(yōu)度因子和體積優(yōu)度因子，采用此因子對實(shí)現(xiàn)煙氣冷卻器管束類型的優(yōu)選以及煙氣冷卻器特征參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)；10.煙氣冷卻器設(shè)計(jì)校核模塊，用以根據(jù)管束選型和優(yōu)化參數(shù)，采用平均溫差法進(jìn)行設(shè)計(jì)和校核計(jì)算，根據(jù)優(yōu)化結(jié)果確定的較優(yōu)參數(shù)，完成煙氣冷卻器的初步設(shè)計(jì)。11.進(jìn)一步，通過與風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)?zāi)K所獲得的低中高三個(gè)雷諾數(shù)條件下的模型驗(yàn)證數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，從湍流模型：標(biāo)準(zhǔn)k-ε、rngk-ε、標(biāo)準(zhǔn)k-ω和k-ωsst模型中選出適用于該換熱管束的湍流模型，選擇出的湍流模型滿足風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)?zāi)K中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與仿真數(shù)據(jù)處理模塊進(jìn)行模型驗(yàn)證的仿真數(shù)據(jù)偏差*小且小于5％，若所有模型偏差均大于5％，則采用一個(gè)偏大與一個(gè)偏小的湍流模型進(jìn)行加權(quán)平均，并確定加權(quán)系數(shù)，其中rngk-ε模型通常偏大，k-ωsst模型通常偏小，分別采用兩個(gè)湍流模型針對相同工況采用相同模型進(jìn)行仿真，并分別進(jìn)行擬合，再根據(jù)所確定的加權(quán)系數(shù)進(jìn)行加權(quán)處理獲得*終的傳熱-阻力性能數(shù)據(jù)公式。12.進(jìn)一步，傳熱-阻力綜合性能優(yōu)化模塊將cfd仿真數(shù)據(jù)上升到無量綱組數(shù)據(jù)，提高數(shù)據(jù)的適用性，為性能優(yōu)化提供數(shù)據(jù)支撐，具體的，基于煙氣冷卻器傳熱-阻力性能仿真模塊中的cfd仿真數(shù)據(jù)，包括平均換熱系數(shù)h和壓降δp，采用*小二乘擬合方法分別獲得所采用湍流模型/模型對條件下的傳熱性能因子j、和阻力性能因子f因子與煙氣冷卻器管束排布的無量綱參數(shù)之間的無量綱參數(shù)關(guān)聯(lián)系式；再根據(jù)所確定的傳熱-阻力性能數(shù)據(jù)處理模塊中的加權(quán)系數(shù)進(jìn)行加權(quán)處理獲得*終的傳熱-阻力性能數(shù)據(jù)公式。13.一種煙氣冷卻器性能設(shè)計(jì)方法，首先采用實(shí)驗(yàn)與仿真相結(jié)合的方式獲取設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)資料，其次對比多種蛇形翅片管煙氣冷卻器，在相同設(shè)計(jì)條件下，進(jìn)行多種煙氣冷卻器性能對比，優(yōu)化選型，在通過計(jì)算后獲得的接近*佳性能指標(biāo)參數(shù)從而獲得接近*佳性能的多個(gè)設(shè)計(jì)方案；14.步驟如下：15.s1、設(shè)定縱向管排數(shù)大于7排的所有符合設(shè)計(jì)工況范圍內(nèi)換熱管束構(gòu)成的煙氣冷卻器模型，之后對這些煙氣冷卻器模型的傳熱-阻力性能進(jìn)行模擬試驗(yàn)，從而獲得所有煙氣冷卻器模型的平均換熱系數(shù)h和壓降δp；16.s2、利用高性能服務(wù)器cfd仿真建立縱向管排數(shù)大于7排的所有符合設(shè)計(jì)工況范圍內(nèi)換熱管束構(gòu)成的煙氣冷卻器模型，采用基于增加壁面函數(shù)的rngk-ε和k-ω湍流模型和能量守恒方程仿真所有不同翅片結(jié)構(gòu)的蛇形翅片管煙氣冷卻器模型的傳熱-阻力性能，根據(jù)預(yù)設(shè)的選擇要求挑選出優(yōu)選湍流模型，根據(jù)選擇出的煙氣冷卻器模型在運(yùn)行工況條件下，開展仿真獲得不同管束排布、構(gòu)型參數(shù)條件下各個(gè)煙氣冷卻器模型的氣側(cè)平均換熱系數(shù)h和壓降δp數(shù)據(jù)庫；17.s3、將步驟s2獲得的平均換熱系數(shù)h和壓降δp數(shù)據(jù)以及排布和煙氣冷卻器構(gòu)型參數(shù)進(jìn)行無量綱化處理，并采用*小二乘進(jìn)行擬合獲得傳熱阻力性能因子j、f與管束排布無量綱參數(shù)、構(gòu)型無量綱參數(shù)之間的關(guān)聯(lián)式；再根據(jù)所確定的傳熱-阻力性能數(shù)據(jù)處理模塊中的加權(quán)系數(shù)進(jìn)行加權(quán)處理獲得*終的傳熱-阻力性能數(shù)據(jù)公式；18.s4、利用傳熱-阻力性能數(shù)據(jù)公式進(jìn)行煙氣冷卻器的換熱管管束選型和參數(shù)優(yōu)化：所述傳熱-阻力性能數(shù)據(jù)公式具體為綜合評價(jià)因子，包括煙氣冷卻器的泵功優(yōu)度因子ξ1和體積性優(yōu)度因子ξ2兩部分，先利用泵功優(yōu)度因子ξ1計(jì)算獲得*佳的煙氣冷卻器設(shè)計(jì)參數(shù)，利用*佳的煙氣冷卻器設(shè)計(jì)參數(shù)來對煙氣冷卻器進(jìn)行結(jié)構(gòu)建模，之后將建模后的煙氣冷卻器與現(xiàn)場的設(shè)備空間要求進(jìn)行比對，若滿足設(shè)備空間要求則直接使用該建模，此時(shí)煙氣冷卻器優(yōu)化參數(shù)即為該*佳設(shè)計(jì)參數(shù)；若建模大于設(shè)備空間要求，則需要考慮體積因子ξ2，通過修改體積因子ξ2從而縮小煙氣冷卻器建模的體積，直至滿足設(shè)備空間要求，之后結(jié)合滿足設(shè)備空間要求的體積因子ξ2從而獲得在體積受限情況下所能獲得的*佳煙氣冷卻器設(shè)計(jì)參數(shù)；19.s5、根據(jù)*佳獲得的*佳煙氣冷卻器的管束型和優(yōu)化參數(shù)，即可生產(chǎn)出針對不同空間需求的*優(yōu)煙氣冷卻器。20.進(jìn)一步，步驟s4中，若利用泵功優(yōu)度因子ξ1計(jì)算獲得*佳的煙氣冷卻器設(shè)計(jì)參數(shù)使出現(xiàn)復(fù)數(shù)個(gè)結(jié)果，或者出現(xiàn)的結(jié)果中有復(fù)數(shù)個(gè)管束或構(gòu)型參數(shù)接近的情況，則優(yōu)選對應(yīng)體積性優(yōu)度因子ξ2大的，即效果相同選擇體積小的模型。21.進(jìn)一步，*優(yōu)煙氣冷卻器的泵功優(yōu)度因子ξ1的設(shè)計(jì)方法：22.當(dāng)管束構(gòu)成的蛇形管的曲折次數(shù)均超過四次時(shí)，將蛇形換熱管內(nèi)部煙氣和管內(nèi)流體看作逆流流動(dòng)，對換熱管管束外側(cè)面積而言，煙氣冷卻器的傳熱表達(dá)式：23.q＝kaoδtm?(1)24.其中，q為換熱功率，k是總傳熱系數(shù)，ao是翅片管束總換熱面積，δtm是對數(shù)平均溫差；25.(1)式中總傳熱熱阻為：[0026][0027]其中，為管內(nèi)壁與管內(nèi)流體間的對熱換熱熱阻，為圓管壁的導(dǎo)熱熱阻，為翅片管外壁與管外氣體間的對流換熱熱阻；[0028]換熱管管外煙氣與管內(nèi)流體換熱過程中，即氣側(cè)熱阻遠(yuǎn)大于管內(nèi)熱阻和管壁熱阻，即：[0029][0030]因此有：[0031][0032]由(2)式可得，[0033][0034]其中，b為總熱阻與管外熱阻的比值；[0035]由(5)式可得：[0036]kao＝ηohoao/b?(6)[0037][0038]根據(jù)不等式(3)，f略大于1，通常條件下為常數(shù)，取值范圍1.0-1.25，或根據(jù)實(shí)際情況計(jì)算；由(7)式可知，b是特征參數(shù)，與散熱管長無關(guān)；[0039]由(1)式和(6)式可得換熱功率q為：[0040]q＝bηoh0aoδtm?(8)[0041]其中，δtm是對數(shù)平均溫差，ηo是翅片管的翅面總效率；[0042]流體輸運(yùn)功耗wp為：[0043]wp＝qmδp/ρ?(9)[0044]其中，qm是質(zhì)量流量；δp是進(jìn)出口壓差；ρ是煙氣密度。[0045]質(zhì)量流量為：[0046]qm＝ρuamin?(10)[0047]f因子為：[0048]f＝2δpamin/(ρu2ao)?(11)[0049]其中，amin是換熱管與換熱管間的*小流通面積；u是定性溫度下*小流通截面上的煙氣速度；[0050]由(9)-(10)式，可得f因子與流體輸運(yùn)功耗wp的關(guān)系為：[0051][0052]換熱量和泵功的比值是*可靠的換熱器綜合性能評價(jià)參數(shù)：[0053][0054]j因子為：[0055]j＝nu/(repr1/3)?(14)[0056]其中，nu為努塞爾數(shù)，pr為普朗特?cái)?shù)，re為雷諾數(shù)；[0057]努塞爾數(shù)nu計(jì)算式如下：[0058]nu＝hodo/λf?(15)[0059]其中，do是基管外徑，λf是煙氣定性溫度下的導(dǎo)熱系數(shù)[0060]普朗特?cái)?shù)數(shù)pr計(jì)算式如下：[0061]pr＝μcp/λf?(16)[0062]由(13)-(16)式可得，[0063][0064]由公式(17)可得，換熱量和泵功的比值是與流體熱物性參數(shù)、翅片幾何參數(shù)以及無量綱參數(shù)nu、j，f等相關(guān)的，因此相同設(shè)計(jì)條件下，關(guān)于泵功優(yōu)度因子的無量綱功耗性能因子表達(dá)式為：[0065][0066]設(shè)物性參數(shù)為常數(shù)，當(dāng)換熱基管外徑相同、換熱溫差和換熱量相同時(shí)，在相同的質(zhì)量流量下，無量綱因子ξ1越大，則流體輸運(yùn)功耗wp越小，即可利用泵功優(yōu)度因子ξ1對換熱管束進(jìn)行綜合性能評價(jià)。[0067]進(jìn)一步，煙氣冷卻器的體積是煙氣冷卻器設(shè)計(jì)的重要參數(shù)，因此采用體積優(yōu)度因子被用于評價(jià)不同類型換熱器性能：[0068][0069]其中，換熱面積ao和vtube分別是管長ltube的表面積和占據(jù)體積；[0070]換熱管占據(jù)體積的長寬等于橫縱向節(jié)距，管長ltube的換熱管占據(jù)的體積為vtube＝ltubeptpl；[0071]利用下式通過翅片管的翅化比βfin求解管長ltube的換熱面積：[0072]ao＝πdoltubeβfin?(20)[0073]將換熱面積、體積表達(dá)式帶入表達(dá)式(20)中，則：[0074][0075]因此相同設(shè)計(jì)條件下，體積優(yōu)度因子表達(dá)式為：[0076][0077]假設(shè)物性參數(shù)是常數(shù)，當(dāng)換熱基管外徑相同、換熱溫差和換熱量相同時(shí)，在相同的質(zhì)量流量下，無量綱因子ξ2越大，則煙氣冷卻器設(shè)計(jì)體積越小。[0078](reamin/do)c＝(reamin/do)r?(23)[0079]其中，腳標(biāo)c表示對比的對象，r表示參考對象，[0080]基管外徑相同時(shí)，同一質(zhì)量流量如下[0081](reamin)c＝(reamin)r?(24)[0082]ξ1和ξ2均是re的函數(shù)，為實(shí)現(xiàn)相同質(zhì)量流量條件，不同設(shè)計(jì)條件下，re應(yīng)滿足方程(24)。[0083]有益效果：本發(fā)明能夠**且**地對燃煤機(jī)組和工業(yè)窯爐尾部煙道內(nèi)使用的蛇形翅片管煙氣冷卻器的選型和參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，還可以綜合考慮實(shí)際空間限制，選擇負(fù)責(zé)空間要求的的*佳管煙氣冷卻器的選型和參數(shù)，*終提高蛇形翅片管煙氣冷卻器的余熱回收到效率，做到節(jié)能減排。附圖說明[0084]圖1為本發(fā)明的煙氣冷卻器設(shè)計(jì)平臺示意框圖；[0085]圖2為本發(fā)明實(shí)施例涉及的一種煙氣冷卻器換熱模型示意圖；[0086]圖3為本發(fā)明實(shí)施例涉及的煙氣冷卻器周期性結(jié)構(gòu)示意圖；圖中(a)為錯(cuò)排螺旋翅片管周期結(jié)構(gòu)示意圖，(b)為順排螺旋翅片管周期結(jié)構(gòu)示意圖，(c)為順排h型翅片管周期結(jié)構(gòu)示意圖；[0087]圖4為煙氣冷卻器管束體積示意圖；具體實(shí)施方式[0088]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的實(shí)施例做進(jìn)一步說明：[0089]如圖1所示，本發(fā)明的一種煙氣冷卻器設(shè)計(jì)平臺，針對安裝于燃煤機(jī)組和工業(yè)窯爐尾部煙道內(nèi)且管內(nèi)走水管外走煙氣的蛇形翅片管煙氣冷卻器進(jìn)行設(shè)計(jì)，被設(shè)計(jì)的常規(guī)煙氣冷卻器換熱模型結(jié)構(gòu)如圖2所示，包括蛇形管、管內(nèi)流體入口、管內(nèi)流體出口，以及在蛇形管外側(cè)存在的煙氣入口和煙氣出口；[0090]本發(fā)明的煙氣冷卻器設(shè)計(jì)平臺包括風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)?zāi)K、煙氣冷卻器傳熱-阻力性能仿真模塊、傳熱-阻力性能數(shù)據(jù)處理模塊、傳熱-阻力綜合性能優(yōu)化模塊和煙氣冷卻器設(shè)計(jì)校核模塊；利用風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)?zāi)K獲取仿真數(shù)據(jù)，煙氣冷卻器傳熱-阻力性能仿真模塊根據(jù)仿真仿真數(shù)據(jù)建立符合試驗(yàn)要求的冷卻器模型，傳熱-阻力性能數(shù)據(jù)處理模塊為傳熱-阻力綜合性能優(yōu)化模塊和煙氣冷卻器設(shè)計(jì)校核模塊提供基礎(chǔ)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)；[0091]風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)?zāi)K基于**測量進(jìn)行設(shè)計(jì)工況范圍內(nèi)換熱管束(縱向管排數(shù)大于7排)的傳熱-阻力性能實(shí)驗(yàn)研究，為性能分析模塊提供模型驗(yàn)證數(shù)據(jù)；[0092]煙氣冷卻器傳熱-阻力性能仿真模塊基于高性能服務(wù)器cfd仿真計(jì)算，建立橫向管排方向具有周期性結(jié)構(gòu)的換熱管束(與實(shí)驗(yàn)縱向管排數(shù)相同)物理模型，分別采用基于增加壁面函數(shù)的rngk-ε和k-ω湍流模型和能量守恒方程數(shù)值研究該換熱管束的傳熱-阻力性能，并與風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)?zāi)K所獲得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，以選擇較好的湍流模型；采用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的物理和數(shù)學(xué)模型通過大量仿真獲得不同管束排布、構(gòu)型參數(shù)條件下的氣側(cè)平均換熱系數(shù)h和壓降δp數(shù)據(jù)庫；如圖3所示，煙氣冷卻器周期性結(jié)構(gòu)包括以下集中常見結(jié)構(gòu)；圖中(a)為錯(cuò)排螺旋翅片管周期結(jié)構(gòu)示意圖，(b)為順排螺旋翅片管周期結(jié)構(gòu)示意圖，(c)為順排h型翅片管周期結(jié)構(gòu)示意圖；[0093]傳熱-阻力性能數(shù)據(jù)處理模塊，將平均換熱系數(shù)h和壓降δp以及排布和構(gòu)型參數(shù)進(jìn)行無量綱化處理，并采用bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)擬合方法分別獲得j、f因子與管束排布無量綱參數(shù)、構(gòu)型無量綱參數(shù)之間的關(guān)聯(lián)系式；[0094]傳熱-阻力綜合性能優(yōu)化模塊依據(jù)傳熱阻力性能因子，基于綜合性能因子對——泵功優(yōu)度因子ξ1和體積性優(yōu)度因子ξ2，進(jìn)行換熱管管束選型和參數(shù)優(yōu)化，對比不同類型換熱管束，以及相同管束在不同排布和構(gòu)型參數(shù)下的傳熱阻力綜合性能，以進(jìn)行管束選型和優(yōu)化；[0095]煙氣冷卻器設(shè)計(jì)校核模塊根據(jù)管束選型和優(yōu)化參數(shù)，采用平均溫差溫進(jìn)行設(shè)計(jì)和校核計(jì)算。[0096]本發(fā)明提出了指導(dǎo)煙氣冷卻器選型設(shè)計(jì)的功耗性能因子ξ1和體積性能因子ξ2，具體過程如下：[0097]實(shí)際工程中，通常煙氣在管外側(cè)與管內(nèi)液體錯(cuò)流換熱，且當(dāng)蛇形管的曲折次數(shù)均超過四次時(shí)，煙氣和管內(nèi)流體可以看作逆流流動(dòng)。對換熱管外側(cè)面積而言，煙氣冷卻器的傳熱方程式為：[0098]q＝kaoδtm?(1)[0099]其中，q為換熱功率，k是總傳熱系數(shù)，ao是翅片管束總換熱面積，δtm是對數(shù)平均溫差。[0100](1)式中總傳熱熱阻為：[0101][0102]其中，為管內(nèi)壁與管內(nèi)流體間的對熱換熱熱阻，為圓管壁的導(dǎo)熱熱阻，為翅片管外壁與管外氣體間的對流換熱熱阻。[0103]管外煙氣與管內(nèi)流體換熱過程中，即氣側(cè)熱阻遠(yuǎn)大于管內(nèi)熱阻和管壁熱阻，即：[0104][0105]因此有：[0106][0107]由(2)式可得，[0108][0109]其中，b為總熱阻與管外熱阻的比值。[0110]由(5)式可得，[0111]kao＝ηohoao/b?(6)[0112]由(5)式可得，[0113][0114]根據(jù)不等(3)，f略大于1，通常條件下可以認(rèn)為是常數(shù)，可以取1.0-1.25，或根據(jù)實(shí)際情況計(jì)算。由(7)式可知，b是管長無關(guān)。[0115]由(1)式和(6)式可得：[0116]q＝bηoh0aoδtm?(8)[0117]其中，δtm是對數(shù)平均溫差，ηo是翅面總效率。[0118]流體輸運(yùn)功耗wp為：[0119]wp＝qmδp/ρ?(9)[0120]其中，qm是質(zhì)量流量；δp是進(jìn)出口壓差；ρ是煙氣密度。[0121]質(zhì)量流量為：[0122]qm＝ρuamin?(10)[0123]f因子為：[0124]f＝2δpamin/(ρu2ao)?(11)[0125]其中，amin是*小流通面積；u是速度；[0126]由(9)-(10)式，可得f因子與流體輸運(yùn)功耗wp的關(guān)系為：[0127][0128]換熱量和泵功的比值是*可靠的換熱器綜合性能評價(jià)參數(shù)：[0129][0130]j因子為：[0131]j＝nu/(repr1/3)?(14)[0132]其中，nu為努塞爾數(shù)，pr為普朗特?cái)?shù)，re為雷諾數(shù)。[0133]nu計(jì)算式如下：[0134]nu＝hodo/λf?(15)[0135]其中，do是基管外徑，λf是煙氣定性溫度下的導(dǎo)熱系數(shù)[0136]普朗特?cái)?shù)pr計(jì)算式如下：[0137]pr＝μcp/λf?(16)[0138]由(13)-(16)式可得，[0139][0140]由公式(17)可以看出，換熱量和泵功的比值是與流體熱物性參數(shù)、翅片幾何參數(shù)以及無量綱參數(shù)nu、j，f等相關(guān)的，因此相同設(shè)計(jì)條件下，無量綱功耗性能因子表達(dá)式為：[0141][0142]假設(shè)物性參數(shù)是常數(shù)，當(dāng)換熱基管外徑相同、換熱溫差和換熱量相同時(shí)，在相同的質(zhì)量流量下，無量綱因子ξ1越大，則流體輸運(yùn)功耗wp越小。因此，泵功優(yōu)度因子ξ1可以方便用于換熱管束綜合性能評價(jià)。[0143]在達(dá)到一定換熱量時(shí)，煙氣冷卻器的體積是煙氣冷卻器設(shè)計(jì)的重要參數(shù)。本發(fā)明采用體積優(yōu)度因子被用于評價(jià)不同類型換熱器性能：[0144][0145]其中，換熱面積ao和vtube分別是管長ltube的表面積和占據(jù)體積。[0146]圖4為順列管束體積示意圖，管長ltube的換熱管占據(jù)的體積為vtube(vtube＝ltubeptpl)，pt為上下相鄰管束的間距，pl為相鄰管束的間距。[0147]通過翅片管的翅化比(βfin)可以求出管長ltube的換熱面積如下：[0148]ao＝πdoltubeβfin?(20)[0149]將換熱面積、體積表達(dá)式帶入表達(dá)式(20)中，有：[0150][0151]因此相同設(shè)計(jì)條件下，體積優(yōu)度因子表達(dá)式為：[0152][0153]假設(shè)物性參數(shù)是常數(shù)，當(dāng)換熱基管外徑相同、換熱溫差和換熱量相同時(shí)，在相同的質(zhì)量流量下，無量綱因子ξ2越大，則煙氣冷卻器設(shè)計(jì)體積越小。[0154](reamin/do)c＝(reamin/do)r?(23)[0155]其中，腳標(biāo)c表示對比的對象，r表示參考對象。[0156]基管外徑相同時(shí)，同一質(zhì)量流量如下[0157](reamin)c＝(reamin)r?(24)[0158]ξ1和ξ2均是re的函數(shù)，為實(shí)現(xiàn)相同質(zhì)量流量條件，不同設(shè)計(jì)條件下，re應(yīng)滿足方程(24)。[0159]基于綜合性能因子對——泵功優(yōu)度因子ξ1和體積性優(yōu)度因子ξ2按下以下原則評估煙氣冷卻器的綜合性能，即：體積因子ξ2滿足要求條件下選泵功優(yōu)度因子ξ1*小的。