基于流固耦合理论的螺旋折流板换热器结构优化研究 Structural Optimization of Shell-Tube Heat Exchanger with Helical Baffles Based on Fluid-Structure Interaction

针对螺旋折流板换热器热-结构综合性能，以螺旋角和搭接度为优化变量，基于流固耦合理论，采用二阶多项式响应面模型和遗传算法对螺旋折流板换热器进行了结构优化研究。结果表明：当壳侧入口流量为1.5 m×s-1时，对于流动传热性能，单位压降传热系数随螺旋角的增大呈现先增大后减小的趋势，随搭接度的增大而减小，且受螺旋角的影响更大；对于折流板机械强度性能，最大剪应力的最大值随着螺旋角的增大而增大，而基本不受搭接度的影响。多目标优化以单位压降传热系数最大化，最大剪应力的最大值在许用应力范围内且最小化为目标函数，得到了三种优化结构。对比优化前后，单位压降传热系数平均提升了14.1%，最大剪应力的最大值平均降低了4.1%。研究结果为螺旋折流板换热器的工业化设计提供了理论指导。