[發明專利]一種基于最優質量流速的CO2氣體冷卻器優化設計方法

有效

• 申請號: 201810344428.6
• 申請日: 2018-04-17
• 公開（公告）號: CN108595813B
• 公開（公告）日: 2019-06-11
• 發明（設計）人: 曹鋒;崔策;殷翔
• 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: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 田洲

1.一種基于最優質量流速的CO₂氣體冷卻器優化設計方法，其特征在于，包括以下步驟：

第一步：根據蒸發溫度最小值T_e1、出水溫度最小值T_w,out1、CO₂質量流量最小值蒸發溫度最大值T_e2、出水溫度最大值T_w,out2、CO₂質量流量最大值以及溫度測量精度ΔT和質量流量測量精度建立一個離散的數據庫；

第二步：對數據庫中的每一個工況點，參考最優排氣壓力公式，設定為該工況點的排氣壓力，通過壓縮機數學模型計算得到壓縮機的質量流量和排氣溫度，同時根據CO₂氣體冷卻器進水溫度，設定5℃換熱溫差下氣體冷卻器出口的CO₂溫度，計算得到CO₂側的換熱量；根據設定的進出水溫度，計算得到水的質量流量；由換熱方程初步確定CO₂氣體冷卻器的換熱面積；在確定CO₂氣體冷卻器換熱面積之后，考慮CO₂質量流速所造成的壓力變化對系統參數造成的影響，對確定換熱面積的CO₂氣體冷卻器的幾何結構進行優化設計；

第三步：對初步確定換熱面積的CO₂氣體冷卻器，改變幾何結構并以此來改變在相同運行工況下CO₂氣體冷卻器內的質量流速；

第四步：針對每一種質量流速情況進行數學模擬，得到每種質量流速下的最優排氣壓力值；

第五步：經過上述對CO₂氣體冷卻器數學模型的計算，得到最優壓力狀況下的CO₂氣體冷卻器進出口溫度與壓力值，自動獲得壓縮機排氣狀態焓值h₂和CO₂氣體冷卻器出口狀態焓值h₃，h₁為測得的壓縮機吸氣狀態焓值；從而得到該種質量流速情況下的最優能效比，COP(i)＝(h₂-h₃)/(h₂-h₁)；

比較經過上述計算得到的所有質量流速情況下的COP(i)選出其中最優的COP_max，得到數據庫中每一個工況點基于最優質量流速下的氣體冷卻器優化設計方案。

2.根據權利要求1所述的一種基于最優質量流速的CO₂氣體冷卻器優化設計方法，其特征在于，第三步具體包括：CO₂氣體冷卻器采用套管式換熱器，取套管式換熱器的換熱管內徑為單位為mm；對于每一個使換熱管單元數保持不變，根據已經確定的換熱面積計算出相應的換熱管的長度L(i)，得到相同工況下在既定換熱面積時不同質量流速的情況。

3.根據權利要求1所述的一種基于最優質量流速的CO₂氣體冷卻器優化設計方法，其特征在于，第四步中，在氣體冷卻器數學模型中，已知參數有：1)CO₂質量流量；2)水側進出口溫度；3)氣體冷卻器的幾何物理結構參數；未知參數有：1)CO₂在氣體冷卻器進出口的溫度和壓力；2)水的質量流量；3)氣體冷卻器內換熱量；選擇分布參數法對CO₂氣體冷卻器數學模型進行計算。