[發明專利]基于體積最小化的翹式換熱器設計方法及裝置

有效

• 申請號: 201810245805.0
• 申請日: 2018-03-23
• 公開（公告）號: CN108595761B
• 公開（公告）日: 2021-11-16
• 發明（設計）人: 朱偉平;龔領會;徐鵬;王坤祥;鄒龍輝;賈啟明;李金峰
• 申請（專利權）人: 中國科學院理化技術研究所
• 主分類號: G06F30/17
• 分類號: G06F30/17;G06F30/27;G06F30/28;G06N3/12;G06F113/08;G06F119/08;G06F119/14
• 代理公司: 深圳市科進知識產權代理事務所(普通合伙) 44316
• 代理人: 趙勍毅

1.一種基于體積最小化的翹式換熱器設計方法，其特征在于，包括：

步驟1.根據各股流的進出口壓力和換熱溫區，確定各股流所用的翅片尺寸；

步驟2.根據各股流的工質種類和熱力參數，并鏈接物性數據庫，計算出各股流的焓變，根據各股流的焓變確定各股流的通道數；

步驟3.根據各股流的質量流量和換熱器內的最大流量，確定各股流的有效寬度；

步驟4.根據各股流的有效寬度、質量流量、翅片尺寸和通道數，并鏈接物性數據庫，計算出各股流的換熱系數，并根據各股流的翅片尺寸、焓變、通道數和換熱系數，初步確定各股流的有效長度和各股流的所得壓損；

步驟5.計算各股流預設的允許壓損與所得壓損的比值，根據各比值中的最小值修正各股流的通道數；

步驟6.根據修正后的各股流的通道數重復步驟4、5，直到各股流預設的允許壓損與所得壓損的比值為預設值時，最終確定各股流的有效長度；

步驟7.根據各股流的翅片尺寸、通道數、有效寬度和有效長度確定換熱器的流道排列方式；

所述步驟4包括：

步驟4a.根據各股流的有效寬度、翅片尺寸和通道數，確定各股流的通流面積；

步驟4b.根據各股流的質量流量、各股流在各股流節點處的物性參數和通流面積計算出各股流在各股流節點之間的各小段的平均流速，并結合翅片尺寸計算出各股流在各小段的雷諾數；

步驟4c.將各股流在各小段的雷諾數代入準則關系式，結合各股流在各股流節點處的物性參數計算出各小段的J因子和換熱系數U，再結合各股流在各股流節點的溫度計算出各小段的冷熱流體對數平均溫差，從而計算出各小段的長度；

步驟4d.根據各股流在各股流節點的溫度和各小段的換熱系數U，計算出各節點處的平均溫度和各小段內的平均導熱系數，對各小段內的平均導熱系數進行加權處理得到各股流的平均導熱系數，從而得到各股流的導熱量和漏熱率；

步驟4e.根據各股流的漏熱率修正各小段的長度，從而初步確定出各股流的有效長度；

步驟4f.將各小段的雷諾數代入準則關系式，結合各股流在各股流節點處的物性參數計算出各小段的F因子，再結合各小段的平均流速計算出各股流的各小段的壓損及各股流的所得壓損。

2.根據權利要求1所述的設計方法，其特征在于，步驟5包括：

步驟5a.根據各股流的進出口壓力及其各小段的壓損計算出各股流節點處的壓力，計算出各股流在各節點前后所得壓力的均方差；

步驟5b.若均方差小于等于0.1，則在此通道數下，比較各股流預設的允許壓損與所得壓損的比值，取各比值中的最小值修正各股流的通道數，新通道數＝舊通道數/取整[(允許壓損/所得壓損)∧(1/3)]；

若均方差大于0.1，根據各股流在各節點處的焓變和壓力，并鏈接物性數據庫，計算出各股流在各節點處的溫度和物性參數，并返回至步驟4b。

3.根據權利要求2所述的設計方法，其特征在于，步驟5還包括：

步驟5c.比較修正后的新通道數與修正前的舊通道數，若一致，則進入步驟6，若否，則根據新通道數返回步驟步驟4a。

4.根據權利要求1所述的設計方法，其特征在于，根據各股流的焓變確定各股流的通道數包括：

根據各股流的焓變的絕對值與各股流的通道數存在正比例關系初步確定各股流的通道數，并判定換熱器是否存在相變，若有，則增加存在相變的股流的通道數，若無，則增加進出口壓力最小的股流的通道數。

5.根據權利要求4所述的設計方法，其特征在于，增加存在相變的股流的通道數的數量及增加進出口壓力最小的股流的通道數的數量均為1個以上。

6.根據權利要求1所述的設計方法，其特征在于，所述預設值為1.2。

7.根據權利要求1所述的設計方法，其特征在于，步驟1包括：

根據各股流的進出口壓力和換熱溫區，利用優化算法確定各股流所用的翅片尺寸，優化算法包括場協同優化法、J/F因子比值法和/或遺傳算法。