[發(fā)明專利]面向板翅式換熱器設計的翅片流動與換熱性能預測方法

有效

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• 申請日: 2013-03-14
• 公開（公告）號: CN103150439A
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發(fā)明（設計）人: 厲彥忠;楊宇杰;趙敏;賈金才;王忠建
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 西安智大知識產(chǎn)權代理事務所 61215
• 代理人: 賀建斌

技術領域

本發(fā)明屬于板翅式換熱器設計應用技術領域，具體涉及面向板翅式換熱器設計的翅片流動與換熱性能預測方法。

技術背景

板翅式換熱器是一種高效的強化換熱設備，廣泛應用于航空航天、石油化工以及氣體分離與液化等行業(yè)。鋸齒型翅片是應用在板翅式換熱器中的高效翅片之一，它具有較高的比換熱面積，可以有效改善換熱器中弱側(cè)（如空氣側(cè)）的換熱狀況。

在設計板翅式換熱器時，翅片重要的性能參數(shù)j因子和f因子不僅可以指導板翅式換熱器所用翅片形式的選擇，而且對選定翅片的結(jié)構參數(shù)確定和整個換熱器的尺寸設計都有重要的影響。j因子和f因子在設計過程中一般需要根據(jù)設計工況以及設計者所選定的相關參數(shù)預測得到。而j因子和f因子的預測主要是通過j因子和f因子關聯(lián)式來確定。

早期的j因子和f因子關聯(lián)式主要通過擬合實驗數(shù)據(jù)得到。根據(jù)文獻資料能查到的較為系統(tǒng)的鋸齒型翅片實驗是由Kays?W.Y.與London?A.L.為首的研究小組進行的，以空氣為實驗側(cè)的流動介質(zhì)，采用風洞實驗臺進行測試。所得的數(shù)據(jù)被眾多學者引用，從而出現(xiàn)了各種鋸齒型翅片的j因子和f因子關聯(lián)式。國內(nèi)空分行業(yè)所用的鋸齒型翅片j因子和f因子預測主要是引自日本神鋼“ALEX”的翅片性能曲線。隨著計算機技術和計算流體力學（CFD）的快速發(fā)展，使得采用數(shù)值模擬方法求解翅片通道內(nèi)部流場和溫度場成為可能，通過對場數(shù)據(jù)進行分析處理，就可以得到翅片的性能因子，并且只要數(shù)值模型建立的合理，所得的翅片性能數(shù)據(jù)與實驗數(shù)據(jù)會有較好的一致性。因此，實驗和CFD方法的結(jié)合也越來越多的應用在板翅式換熱器的設計當中。

由于實驗用的鋸齒型翅片型號較少，傳統(tǒng)的鋸齒型翅片j因子和f因子關聯(lián)式對影響鋸齒型翅片通道內(nèi)流動換熱性能的結(jié)構因素考得不夠全面，有效預測范圍較小，且計算出的j和f因子往往存在較大的誤差，不利于板翅式換熱器的工程設計。因而，提出一種能夠在較寬范圍內(nèi)準確預測鋸齒型翅片流動與換熱性能的預測方法至關重要，具有重要的現(xiàn)實意義。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有技術的缺點，本發(fā)明的目的在于提供面向板翅式換熱器設計的翅片流動與換熱性能預測方法，該預測方法首先對鋸齒型翅片j，f因子進行較準確的預測，其次有效預測范圍較大，涵蓋了常壓鋸齒型翅片（翅片厚度相對較小）與高壓鋸齒型翅片（翅片厚度相對較大）。

為了達到上述目的，本發(fā)明采取的技術方案為：

面向板翅式換熱器設計的翅片流動與換熱性能預測方法，包括以下步驟：

步驟1，根據(jù)設計者所要設計的板翅式換熱器的熱負荷以及流動工況選擇鋸齒型翅片的基本結(jié)構參數(shù)，鋸齒型翅片的基本結(jié)構參數(shù)有：翅片高度h_f，翅片寬度s_f、翅片厚度δ_f，翅片單元長度l_f，翅片高度h_f是指從鋸齒型翅片最底邊緣到最高邊緣的距離，翅片寬度s_f為相鄰兩個鋸齒型翅片之間的距離；

步驟2，根據(jù)選定的鋸齒型翅片的基本結(jié)構參數(shù)計算相應的基本無量綱參數(shù)α、β、γ，各基本無量綱參數(shù)計算如下：

α=δfhf,]]>β=δfsf,]]>γ=δflf]]>

并核查α、β、γ是否在設計范圍內(nèi)，α、β、γ設計范圍為：0＜α＜0.5，0＜β＜0.5，γ>0.01；