[發明專利]高溫冷卻器熱力校核方法及系統

有效

• 申請號: 201910202383.3
• 申請日: 2019-03-11
• 公開（公告）號: CN109959283B
• 公開（公告）日: 2019-12-06
• 發明（設計）人: 杜百合;張濤;陳德江;胡燕華;王海波
• 申請（專利權）人: 中國空氣動力研究與發展中心超高速空氣動力研究所
• 主分類號: F28D7/16
• 分類號: F28D7/16;G06F17/50
• 代理公司: 11609 北京格允知識產權代理有限公司
• 代理人: 張沫;周嬌嬌<國際申請>=<國際公布>=

本發明涉及一種高溫冷卻器熱力校核方法及系統，其中方法包括以下步驟：獲取冷卻器進口參數及冷卻器中換熱管組的數量，其中每個換熱管組包含多排管束；將冷卻器進口參數作為第一排管束的入口條件，將每排管束的出口條件作為下一排管束的入口條件，由此逐排計算各排管束的傳熱與壓降。本發明根據換熱器內部逐排計算各管束熱力特性的思想，可有效減小大溫差條件下高溫氣體定性物性的確定，減小了設計誤差；并且可以給出傳統換熱器熱力設計校核方法不能給出的換熱器內部的傳熱、壓降以及換熱管壁溫分布，有利于在換熱器方案設計階段及時發現問題，做出修改和調整。

技術領域

本發明涉及換熱器設計制造技術領域，尤其涉及一種高溫冷卻器熱力校核方法及系統。

背景技術

電弧風洞是高焓(溫)氣體冷卻器在大型電弧風洞中重要的熱交換系統，主要作用是將風洞上游經由噴管和擴壓器等氣體流動控制裝置通過變直徑截面真空管道輸運的高溫氣體溫度(超過6000K)通過熱交換原理降低到常溫，確保風洞長時間穩定運行和真空系統的安全。與工業標準換熱器面臨的高溫(不超過2000K)、高壓換熱介質不同，高壓空氣經電弧加熱器電離后，進入冷卻器前的離解氣體介質具有低密度(真空環境)、高溫(最高溫度可超過6000K)的特點，熱力設計及校核是其中的難點。傳統熱交換器由于進、出口溫差(幾百度)較小，通常采用算術平均溫差或者對數平均溫差的方法確定高溫流體的定性參數，這種方法對進、出口溫差較大(幾千度)引起的高溫電離氣體物性變化來說，所帶來的計算誤差是巨大的，顯然不適用高溫氣體冷卻器的熱力校核設計。

發明內容

本發明要解決的技術問題在于，針對現有技術中的至少一部分缺陷，提供一種高溫冷卻器熱力校核方法及系統。

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種高溫冷卻器熱力校核方法，包括以下步驟：

S1、獲取冷卻器進口參數及冷卻器中換熱管組的數量，其中每個換熱管組包含多排管束；

S2、將冷卻器進口參數作為第一排管束的入口條件，將每排管束的出口條件作為下一排管束的入口條件，由此逐排計算各排管束的傳熱與壓降。

在根據本發明所述的高溫冷卻器熱力校核方法，優選地，所述步驟S1中所述冷卻器進口參數包括：熱流體參數和冷流體參數。

在根據本發明所述的高溫冷卻器熱力校核方法，優選地，所述熱流體參數包括熱流體的質量流率、進口焓值和進口壓力。

在根據本發明所述的高溫冷卻器熱力校核方法，優選地，所述冷流體參數包括冷流體的質量流率、進口溫度和進口壓力。

在根據本發明所述的高溫冷卻器熱力校核方法，優選地，所述步驟S2包括：

1)賦管組值i＝1；

2)對于i＝1……、B，分別調取每個換熱管組的參數，全部執行完畢后賦予管組值i＝1；其中B為步驟S1中獲取的換熱管組的數量；

3)對于i＝1，賦管束值j＝1，計算第i組換熱管組中第j排管束的傳熱與壓降，并在計算完成后，將當前排輸出參數作為下一排輸入參數，并執行j＝j+1操作，并繼續計算下一排管束的傳熱與壓降，直至第i組換熱管組的管束全部計算完畢；執行i＝i+1操作，并繼續計算下一組換熱管組中各個管束的傳熱與壓降，直至第B組換熱管組的管束全部計算完畢。

在根據本發明所述的高溫冷卻器熱力校核方法，優選地，所述步驟S2中求解傳熱與壓降的操作包括：

1)利用熱流體的進口焓值和進口壓力計算高溫氣體熱物性參數；

2)利用冷流體的進口溫度和進口壓力計算冷流體熱物性參數；

3)計算熱流體側和冷流體側雷諾數；

4)選擇熱傳遞模型計算無量綱參數；

5)計算冷流體側努賽特數；