[發(fā)明專利]一種印刷電路板式換熱器壓降及分流均勻性數(shù)值計(jì)算方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210061227.1
• 申請日: 2022-01-19
• 公開（公告）號(hào): CN114492237B
• 公開（公告）日: 2023-07-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李昕澤;張大林;蘇光輝;李新宇
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/28
• 分類號(hào): G06F30/28;G06F17/11;G06F113/08;G06F113/14;G06F119/08;G06F119/14
• 代理公司: 西安智大知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 61215
• 代理人: 何會(huì)俠

本發(fā)明公開了一種印刷電路板式換熱器壓降及分流均勻性數(shù)值計(jì)算方法，該方法計(jì)算對象結(jié)構(gòu)包括換熱器芯體、冷熱側(cè)接口腔體，其中芯體采用一次側(cè)、二次側(cè)板交替布置；該方法基于芯體結(jié)構(gòu)與流道尺寸，建立換熱器流動(dòng)阻力多級(jí)模型，結(jié)合沿程阻力與局部阻力公式，建立各級(jí)壓降計(jì)算芯體各流道內(nèi)速度分布，最終得到工質(zhì)經(jīng)過換熱器芯體的整體壓降及各流道內(nèi)流量相對均勻性；本發(fā)明提供了完整有效的的印刷電路板式換熱器壓降及分流均勻性數(shù)值計(jì)算方法，對換熱器芯體最關(guān)心的壓降及分流均勻性給出了直接計(jì)算方法與數(shù)值結(jié)果，極大的降低了設(shè)計(jì)成本，提升了設(shè)計(jì)效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及印刷電路板式換熱器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種印刷電路板式換熱器壓降及分流均勻性數(shù)值計(jì)算方法。

背景技術(shù)

印刷電路板式換熱器是一種高效、緊湊式換熱器，其換熱器芯體由布置著密集小尺寸流道的換熱板疊加組成，一次側(cè)換熱板與二次側(cè)換熱板交替布置，構(gòu)成各自獨(dú)立的換熱區(qū)域。這種結(jié)構(gòu)使換熱器具有換熱效率高、耐高溫、耐高壓等優(yōu)點(diǎn)，在深海浮式液化、核電、火電等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。

在此背景下，近些年來針對印刷電路板式換熱器的設(shè)計(jì)與分析方法受到了廣泛關(guān)注，其中換熱器的壓降和分流均勻性是換熱器流體性能的目標(biāo)參數(shù)，是換熱器在設(shè)計(jì)過程中必須進(jìn)行評估的項(xiàng)目。但針對這種類型換熱器的壓降和分流均勻性并沒有足夠有效的計(jì)算方法，在壓降計(jì)算時(shí)沒有成熟的計(jì)算模型，且由于換熱器芯體通道數(shù)量巨大，難以進(jìn)行完整的有限元分析，因此通常參考流動(dòng)阻力經(jīng)驗(yàn)公式或多孔介質(zhì)模型等效計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行整體壓降估算，但整體模型的壓降計(jì)算較為粗略，無法考慮各個(gè)流道的分流和均勻性，進(jìn)而給換熱器換熱性能計(jì)算時(shí)帶來誤差，影響換熱器整體安全性，而多孔介質(zhì)模型等效計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)模型需要消耗大量的計(jì)算資源，缺乏經(jīng)濟(jì)性和高效性。

發(fā)明內(nèi)容

為解決上述問題，在實(shí)現(xiàn)壓降、分流均勻性計(jì)算精度的前提下，保證計(jì)算的經(jīng)濟(jì)性和高效性，本發(fā)明提供了一種印刷電路板式換熱器壓降及分流均勻性數(shù)值計(jì)算方法，從換熱器結(jié)構(gòu)出發(fā)，創(chuàng)新性的提出了針對印刷電路板式換熱器的流動(dòng)阻力多級(jí)模型，對換熱器結(jié)構(gòu)進(jìn)行基于流動(dòng)阻力的多級(jí)建模，并對各級(jí)阻力給出了數(shù)值計(jì)算公式，提出了各流道內(nèi)流動(dòng)速度的方程組，實(shí)現(xiàn)壓降和流場均勻性數(shù)值計(jì)算的實(shí)時(shí)性、流程化、模塊化。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的具體技術(shù)方案如下：

一種印刷電路板式換熱器壓降及分流均勻性數(shù)值計(jì)算方法，根據(jù)換熱器結(jié)構(gòu)建立流動(dòng)阻力多級(jí)模型，采用沿程阻力與局部阻力公式計(jì)算各管道多級(jí)壓降，并根據(jù)各管道壓降在多級(jí)模型中的分布計(jì)算芯體各流道內(nèi)速度分布，最終得到工質(zhì)經(jīng)過換熱器芯體的整體壓降及各流道內(nèi)流量相對均勻性；

該方法計(jì)算對象換熱器結(jié)構(gòu)包括一次側(cè)換熱板1、二次側(cè)換熱板2、上蓋板3、下蓋板4、一次側(cè)入口5、一次側(cè)出口6、二次側(cè)入口7及二次側(cè)出口8；其中一次側(cè)換熱板1與二次側(cè)換熱板2交替布置，形成疊加方向周期性變化的溫度分布，一次側(cè)入口5及一次側(cè)出口6采用對稱設(shè)計(jì)作為一次側(cè)壓力邊界，二次側(cè)入口7及二次側(cè)出口8采用對稱設(shè)計(jì)作為二次側(cè)壓力邊界；一次側(cè)換熱板1與二次側(cè)換熱板2采用半圓形流道；

進(jìn)行計(jì)算時(shí)，需已知或能夠初步獲得以下物性參數(shù)：換熱器所選結(jié)構(gòu)材料及物性，一次側(cè)與二次側(cè)流體工質(zhì)設(shè)計(jì)壓力P、一次側(cè)與二次側(cè)流體工質(zhì)流量Q、一次側(cè)與二次側(cè)流體工質(zhì)進(jìn)口溫度T₀、一次側(cè)與二次側(cè)流體工質(zhì)出口溫度T_∞；

進(jìn)行計(jì)算時(shí)，需已知或能夠初步獲得以下?lián)Q熱器結(jié)構(gòu)參數(shù)：一次側(cè)與二次側(cè)換熱板厚度H，一次側(cè)與二次側(cè)換熱板流道長度D，一次側(cè)與二次側(cè)流道數(shù)N，一次側(cè)與二次側(cè)流道半徑r，一次側(cè)與二次側(cè)流道間距d，一次側(cè)與二次側(cè)的換熱板層數(shù)C，一次側(cè)與二次側(cè)入口管道半徑R₀，一次側(cè)與二次側(cè)出口管道半徑R_∞，一次側(cè)與二次側(cè)入口管道長度I₀，一次側(cè)與二次側(cè)出口管道長度I_∞，一次側(cè)與二次側(cè)入口腔體長度L₀，一次側(cè)與二次側(cè)出口腔體長度L_∞；