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板式热交换器热分析的新方法
【摘要】这篇文章介绍了在板式热交换器热量交换分析中的一种新方法。为了获得换热效率和板式换热器的有效值，采用人工神经网路（NN）的方法。实验中，设计和建造了板式换热器的加热和冷却的系统。实验的数据用来训练和测试网络。训练和验证显示很好的精度。非常令人满意的是，当未知数据应用到网络后，获得传热率的相关系数为99.94% ，有效性的相关系数为99.76%。使用训练网络获得的权重，提出了一个新的确定传热率和效力的公式。这一公式可以提供一种简单的板式换热器热分析方法。而该程序对换热器设计者和制造商也是有所帮助的。【关键词】 板式热交换器 神经网络 传热率 有效性
列表符号 ? 比热容（千焦耳/ kgK ） C 高温能力（宽/金）
Ei 求和函数的神经元字母i Fi 激活函数神经元字母i In 正常化输入值
M 质量流量（千克/秒） Q 传热率（宽） t 温度（摄氏度） z 加权总和的投入 e 效力
下标
c 冷流体 H 热流体 i 入口 max 最大值 min 最小值 o 出口
1.简介
板式换热器被广泛应用于食品加工工业，化学加工工业，加热和冷却系统。板式换热器包含了许多板片，这些板片具有各种不同形式的磨具压成形状各异的波纹和角孔，这些波纹和形成许多了狭窄的流动通道。板式换热器是将板片以叠加的形式装在固定压紧板、活动压紧板中间，然后用夹紧螺栓夹紧而成。在板片一边的沟槽放置弹性垫片来实现流体的密封[1] 板式换热器的主要特点和优势是： ? 由于体积小，重量轻，故空间要求很低;
? 节省能量，能够迅速飞快的启动/关闭和控制设备； ? 由于波纹板面引起密集的紊流，所以总传热系数高; ? 高剪切力和紊流能够降低污染;
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? 能够利用两流体的低温差；
? 模块化设计十分灵活，只要改变板片数目或板片排列方式即可达到所要求的流程
组合；
? 易于维护拆除，以便检查或清洁，例如，机械或化学清洗，反复冲洗和定位清洗； 近年来，NNs被运用到热系统中进行热系统传热分析，性能预测和动态控制。例如，伊斯兰奥卢[3]用人工神经网络（神经网络）的预测传热率该线的管式换热器。为了在紧凑式换热器中获得传热系数，压降和努塞尔数，Ermis使用了人工神经网络建模 [4]。迪亚兹等人 [5] 使用人工神经网络来动态预测与控制换热器。Riverol和 Napolitano描述了一个基于人工神经网络实际的程序，使预测沉积厚度，总传热系数和临界时间（即装置必须停下来进行清洁）减少流程中赃物的影响。谢等人 [7]采用人工神经网络进行节段性隔板或连续螺旋折流板的管壳式换热器的传热分析。Kumar 等人[8]使用人工神经网络和目标导向设计，提出了一种计算机设计工具，能够帮助设计人员评估地下到空气换热器的任何方面以及最终装置的行为。Pacheco-Vega等人[9]应用人工神经网络方法以很少的数据预测用于制冷的换热器性能。Peng和Ling应用遗传算法结合BP神经网络优化设计板翅式换热器。Islamoglu等 [11] 提出应用反向传播学习算法的神经网络模型预测性能的非绝热毛细管吸力线换热器，作为小家电制冷系统的节流装置。近年来，人工神经网络已经广泛用于许多应用领域，其例子见于参考文献[12- 20]中 。
在本研究中，根据热水入口温度，冷水入口温度和板式换热器的质量流量，用神经网络方法预测传热率和有效性的价值观的适用性是可调查的。实验数据用于培训和测试网络。由神经网络预测的结果与实验值进行比较。
2.实验过程
在实验中，设计和建造板式换热器的加热冷却系统。实验系统运行在加热和冷却情况下。该实验装置如图1所示。在不同温度和流量值下进行实验。基本上，实验装置由板式换热器的加热情况，板式换热器的冷却情况，两个热水器，热水箱，与压缩机制冷系统，冷水箱，流量计，水泵，阀门，扩大框和热电偶组成的.实验系统还有原理图如图2所示。数据由计算机控制的数据记录仪采集。在整个实验中，持续地测
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量和记录流量和水的进出口温度。在实验中使用的板式换热器是逆流流动。进一步的实验程序细节详见资料 [ 21 ]。瓦楞纸板的详细几何特点见表1 。
在不同的流量和温度值下进行实验。分别测量热冷水的变量入口，出水温度和流量。传热率热交换的定义是[ 22 ，23 ] ：
热容量为冷热流体[ 22 ，23 ] ：
换热器的效力为[22，23] ：
在这里，最大的可能传热率由下式确定[ 22，23 ] ：
在这里Cmin代表的热容量较小热冷流体。
3.神经网络方法
来自生物神经系统的神经网络技术正被用来解决各种复杂的科学，工程和业务问题。神经网络由大量的简单处理内容即被称为神经元或节点组成的。采用直接通讯联系与相关权重的方法，让每个神经元与其他神经元连接。网络权重表示解决问题所使用的信息[3 ] 。
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图1 实验装置
图2 实验原理图
表1 几何特征的波纹板 板长 板宽 总数板 传热面积 板材 垫片材料 0.48 m 0.296 m 6 0.16平方米 0.5毫米不锈钢 三元乙丙橡胶
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