[發明專利]一種板翅式蒸發器的優化參數確定方法

在審

• 申請號: 201110335500.7
• 申請日: 2011-10-28
• 公開（公告）號: CN102508958A
• 公開（公告）日: 2012-06-20
• 發明（設計）人: 王凱;董素君;居世超;王浚
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;F25B39/02
• 代理公司: 北京金恒聯合知識產權代理事務所 11324
• 代理人: 李強

技術領域

本發明涉及一種板翅式蒸發器的優化參數確定方法。

背景技術

板翅式換熱器具有傳熱效率高，結構緊湊，適應性強等特點，它不僅在空氣分高、乙稀生產和合成氨石化設備上得到廣泛應用，而且在天然氣液化和分離、航空、汽車、內燃機車、氫氦液化、制冷及空調設備上也具有巨大的應用前景。其設計計算一般包括兩種類型的問題——校核性計算和設計性計算。校核性計算是對已有換熱器的換熱能力進行核算或變工況計算；設計性計算是根據給定的工作條件及換熱量，確定所需要的換熱面積，進而決定換熱器的具體尺寸。

電子戰的要求，使機載電子設備不斷增多，發熱量不斷增大，常規的空氣循環制冷系統已無法滿足電子設備發熱量增長的需要，不能完全保證電子設備的可靠性和安全性。兼有蒸發制冷循環的綜合熱管理系統可以解決這一問題，那么這勢必涉及到新型的蒸發器。該換熱器是環控系統中帶走熱載荷的主要設備，民用的蒸發器因為不用過多考慮占地面積的需要，體積一般都比較大，而飛機上的環控系統設備最重要就是要考慮重量和體積，而板翅式蒸發器的優點正好可以很好地符合體積和重量要求。

一直以來，板翅式換熱器主要運用于飛機環控系統的開式空氣循環，主要有兩種形式：干式(冷熱兩側的空氣都沒有相變)、濕式(熱側空氣被冷卻后有相變，即有凝結水產生)。這兩種形式的設計計算都比較簡單，在諸多文獻中已經有詳細介紹，比較適用于剛才提到的干式和濕式換熱器，而對于傳熱過程比較復雜的蒸發器，參數確定方法需要改進，以便使得設計更為合理。

發明內容

本發明的一個實施例，提出了一種方法，其在對板翅式蒸發器建模的基礎上，確定蒸發器芯體的參數。用該方法設計的蒸發器可同時滿足制冷量和壓力損失的要求。

根據本發明的一個方面，提供了一種適合兩相流換熱的板翅式蒸發器的參數確定方法，其特征在于包括：

用熱側質量流速和冷側質量流速作為迭代變量；

確定熱側傳熱系數；

確定冷側傳熱系數；

根據熱側質量流速、冷側質量流速、熱側傳熱系數和冷側傳熱系數，確定換熱器尺寸。

附圖說明

圖1是根據本發明的一個實施例的芯體參數確定示意圖；

圖2是根據本發明的一個實施例的蒸發器參數確定的流程圖。

圖3是流程圖，顯示了確定兩側傳熱系數的步驟過程。

具體實施方式

現有技術的設計方法主要適合于氣體流動的換熱器，而隨著工業的發展，緊湊式換熱器如板翅式換熱器已經不再局限于單相氣體的流動，而是越來越多地被用作蒸發器和冷凝器，即兩相流體的換熱，因此本方法在氣體緊湊式換熱器設計方法的基礎上進行改進，提出了一種適合兩相流換熱的板翅式蒸發器的參數確定方法。

在根據本發明的一個實施例的適合兩相流換熱的板翅式蒸發器的參數確定

方法中，先確定能同時滿足壓降和效率要求的板翅式蒸發器數學模型，其

中包括：

-忽略冷、熱流體傳熱壁面的熱阻

壁面熱阻的量級一般為10-6，兩側流體熱阻的量級一般10-3，因此與兩側流體熱阻相比，壁面熱阻可忽略不計；

-僅考慮流動方向上的一維換熱

板翅式蒸發器的翅片當量直徑為1～5mm，與幾百毫米甚至上千毫米的流道長度相比很小，其他方向的換熱對流體換熱影響很小；

-引入蒸發器的已知條件

流體參數：允許最大壓降、兩側工質類型、流量、進口溫度和進口壓力；

結構參數：要求達到的效率、翅片形式、翅片材料、隔板材料、側板材料、封條材料；

-以叉流作為流動方式

蒸發器兩個很重要的特性指標為換熱效率和壓降，因此本方法確定以上述四個條件為已知參數，并以滿足換熱效率和壓降作為最終目標的數學模型。

設熱邊流體(下標用h表示)流動長度為a，冷邊流體(下標用c表示)流動長度b，非流動方向的尺寸為c(見圖1)。

熱流體的迎風面積(即流體的來流橫截面積)為bc，冷流體的迎風面積為ac。

根據本發明的一個實施例的適合兩相流換熱的板翅式蒸發器的參數確定方法包括：

A)把兩側質量流速G_h和G_c作為迭代變量(步驟101)。

用下述近似關系式，分別計算熱側質量流速G_h和冷側質量流速G_c的初次估計值：