申请/专利权人：东莞市鹏锦机械科技有限公司

申请日：2023-07-27

公开（公告）日：2024-04-26

公开（公告）号：CN116680838B

主分类号：G06F30/17

分类号：G06F30/17;G06F30/20;G06F113/08;G06F119/08

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.26#授权;2023.09.19#实质审查的生效;2023.09.01#公开

摘要：本发明属于换热器技术领域，具体涉及一种板翅式换热器的传热计算方法，包括如下步骤：S1：获取不同流体工况、或不同板翅式换热器类型的翅片结构参数；S2：分别构建板翅式换热器翅片通道参数、流体物性参数、以及对流传热参数的计算表达式；S3：基于不同流体工况、或不同板翅式换热器类型，分别建立对应的并流模型、逆流模型、以及错流模型，并采用编程软件求解流体在不同流体工况、或不同板翅式换热器类型下翅片通道的出口温度；S4：基于流体在翅片通道的出口温度，分别求解不同流体工况、或不同板翅式换热器类型下板翅式换热器的换热效率、总传热系数。

主权项：1.一种板翅式换热器的传热计算方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：获取不同流体工况、或不同板翅式换热器类型的翅片结构参数；S2：分别构建板翅式换热器翅片通道参数、流体物性参数、以及对流传热参数的计算表达式；S3：基于不同流体工况、或不同板翅式换热器类型，分别建立对应的并流模型、逆流模型、以及错流模型，并采用编程软件求解流体在不同流体工况、或不同板翅式换热器类型下翅片通道的出口温度；S4：基于流体在翅片通道的出口温度，分别求解不同流体工况、或不同板翅式换热器类型下板翅式换热器的换热效率、总传热系数；所述S1中，流体工况包括：并流、逆流、错流；板翅式换热器类型包括：“I+Z”型板翅式换热器、“L+L”型板翅式换热器；翅片类型包括：平直翅片、波纹翅片、锯齿翅片；翅片结构参数包括：翅片间距、翅片宽度、翅片通道层数、翅片芯体宽度、翅片高度、翅片厚度、隔板厚度、封条厚度；所述S2中，所述板翅式换热器翅片通道是由一整块铝板连续冲压成型、且相邻翅片间具有翅片厚度t的高度错位，且将当前翅片与相邻隔板看作整体，即对每个翅片通道上下两侧划分为隔板、翅片与隔板整体两种厚度；板翅式换热器翅片通道参数的计算包括：1计算单个翅片通道的当量直径deq平直翅片的当量直径deq_pz的计算表达式为：波纹翅片的当量直径deq_bw的计算表达式为：锯齿翅片的当量直径deq_jc的计算表达式为：式中，s为翅片间距，其包括错流段热侧翅片间距sh、错流段冷侧翅片间距sc、逆流段翅片间距shc；h为翅片高度，其包括错流段热侧翅片高度hh、错流段冷侧翅片高度hc；t为翅片厚度；δ为波纹翅片流通长度与径向长度之比；L为锯齿翅片节距；2计算单层翅片通道数目n错流段热侧的单层翅片通道数目n1的计算表达式为：错流段冷侧的单层翅片通道数目n2的计算表达式为：逆流段的单层翅片通道数目n3的计算表达式为：式中，[]为取整符号；wh为错流段热侧的翅片宽度；wc为错流段冷侧的翅片宽度；tf为封条厚度；3计算翅片芯体高度H翅片芯体高度H的计算表达式为：H＝hh+hcM+2M+1b；式中，M为翅片通道层数；b为隔板厚度；4计算翅片通道迎风面积Y热侧翅片通道迎风面积Yh的计算表达式为：Yh＝wh-2tfhh；冷侧翅片通道迎风面积Yc的计算表达式为：Yc＝wc-2tfhc；5计算每个翅片通道的流通面积S热侧翅片通道流通面积Sh的计算表达式为：Sh＝sh-thh-t；冷侧翅片通道流通面积Sc的计算表达式为：Sc＝sc-thc-t；6计算流通面积与迎风面积的比值e热侧翅片通道流通面积Sh与迎风面积Yh的比值eh的计算表达式为：冷侧翅片通道流通面积Sc与迎风面积Yc的比值ec的计算表达式为：7计算每个翅片通道隔板厚度B隔板厚度B1的计算表达式为：B1＝b；翅片与隔板整体厚度B2的计算表达式为：B2＝b+t；其中，用Bm表示每个翅片通道中的传热隔板厚度，m＝1，2；所述S2中，流体为干燥空气，即对应的流体物性参数的计算包括：1计算空气在翅片通道的密度ρ空气在热侧翅片通道的密度ρh的计算表达式为：空气在冷侧翅片通道的密度ρc的计算表达式为：式中，Th为热测翅片通道温度；Tc为冷测翅片通道温度；2计算空气在翅片通道的比热容c空气在热侧翅片通道的比热容ch的计算表达式为：ch＝1.009；空气在冷侧翅片通道的比热容cc的计算表达式为：cc＝1.005；3计算空气在冷侧翅片通道的导热系数λ空气在热侧翅片通道的导热系数λh的计算表达式为：λh＝0.0075484Th+2.4443×10-2；空气在冷侧翅片通道的导热系数λc的计算表达式为：λc＝0.0075484Tc+2.4443×10-2；4计算空气在翅片通道的粘度系数μ空气在热侧翅片通道的粘度系数μh的计算表达式为：μh＝0.0047725Th+1.7202×10-5；空气在冷侧翅片通道的粘度系数μc的计算表达式为：μc＝0.0047725Tc+1.7202×10-5；5计算空气在翅片通道的进口密度ρ0空气在热侧翅片通道进口密度ρh0的计算表达式为：空气在冷侧翅片通道进口密度ρc0的计算表达式为：式中，Th0为空气在热侧翅片通道的进口温度；Tc0为空气在热侧翅片通道的进口温度；6计算空气在翅片通道的进口流速u0空气在热侧翅片通道进口流速uh0的计算表达式为：空气在冷侧翅片通道进口流速uc0的计算表达式为：式中，F为热侧翅片通道的进口风量；a为冷侧回风比；7计算空气在翅片通道的质量流速G0空气在热侧翅片通道质量流速Gh0的计算表达式为：Gh0＝uh0ρh0；空气在冷侧翅片通道质量流速Gc0的计算表达式为：Gc0＝uc0ρc0；8计算空气在翅片通道的流速u空气在热侧翅片通道流速uh的计算表达式为：空气在冷侧翅片通道流速uc的计算表达式为：9计算空气在翅片通道的雷诺数Re空气在热侧翅片通道雷诺数Reh的计算表达式为：空气在冷侧翅片通道雷诺数Rec的计算表达式为：式中，dheq为热侧流体流动的翅片通道的当量直径；dceq为冷侧流体流动的翅片通道的当量直径；10计算空气在翅片通道的普朗特数Pr空气在热侧翅片通道普朗特数Prh的计算表达式为：空气在冷侧翅片通道普朗特数Prc的计算表达式为：所述S2中，对流传热参数的计算包括：1计算空气在翅片通道的对流传热系数α空气在热侧翅片通道对流传热系数αh的计算表达式为：空气在冷侧翅片通道对流传热系数αc的计算表达式为：其中， 式中，s1为翅片间距，其包括错流段热侧翅片间距sh、逆流段热侧翅片间距shc；s2为翅片间距，其包括错流段冷侧翅片间距sc、逆流段冷侧翅片间距shc；2计算空气在翅片通道的风阻ΔP空气在热侧翅片通道的风阻ΔPh的计算表达式为：ΔPh＝ΔPh1+ΔPh2+ΔPh3；空气在冷侧翅片通道的风阻ΔPc的计算表达式为：ΔPc＝ΔPc1+ΔPc2+ΔPc3；式中，ξh为热侧翅片通道的突缩系数，ξho为热侧翅片通道的突扩系数；ξc为冷侧翅片通道的突缩系数，ξco为冷侧翅片通道的突扩系数；l为翅片长度；其中， 所述S3中，并流模型、逆流模型的建立包括：1建立并流模型将空气在翅片通道沿其流通方向划分无限个微元，热流体和冷流体在相应温度下所变化的温度变化范围内，建立并流模型方程，即：3600chGh0Sh-dTh＝3600ccGc0ScdTc＝dQ1+dQ2式中，Q1为空气在翅片通道通过隔板进行的一次传热，Q2为空气在翅片通道通过翅片进行的二次传热；即： 式中，ηh为在当前翅片微元长度下热侧翅片效率，其计算表达式为：其中，ηc为在当前翅片微元长度下冷侧翅片效率，其计算表达式为：其中，其中，边界条件为：Th0＝Th0，Tc0＝Tc0建立空气在翅片通道的温度Th、Tc关于翅片长度l的微分方程组，即为： 2建立逆流模型将空气在翅片通道沿其流通方向划分无限个微元，热流体和冷流体在相应温度下所变化的温度变化范围内，建立并流模型方程，即：3600chGh0Sh-dTh＝3600ccGc0Sc-dTc＝dQ1+dQ2式中，Q1为空气在翅片通道通过隔板进行的一次传热，Q2为空气在翅片通道通过翅片进行的二次传热；即： 式中，ηh为在当前翅片微元长度下热侧翅片效率，其计算表达式为：其中，ηc为在当前翅片微元长度下冷侧翅片效率，其计算表达式为：其中，其中，边界条件为：Th0＝Th0，Tc0＝Tc0建立空气在翅片通道的温度Th、Tc关于翅片长度l的微分方程组，即为： 所述S3中，基于不同流体工况以及不同板翅式换热器类型，错流模型建立的过程具体为：基于板翅式换热器热侧和冷侧的单层翅片通道数目n1、n2，将单层翅片通道划分为n1×n2的换热网格矩阵，即每个网格单元i，j区域中表示热侧温度矩阵元素THi，j、冷侧温度矩阵元素TCi，j、以及对应的热阻Ri，j，其中i＝1，2，...，n1，j＝1，2，...，n2；在网格单元i，j区域中建立热量平衡方程，即：3600chGh0ShTHi，j-THi+1，j＝3600ccGc0ScTCi，j+1-TCi，j＝Qi，j式中，Qi，j为网格单元i，j区域的传热，其计算表达式为： 其中，“I+Z”型板翅式换热器的边界条件为：Th1，：＝Th0，Tc：，1＝Tc0其中，“L+L”型板翅式换热器的边界条件为：Th1，：＝Th0，Tc1，：＝Tc0；所述S3中，采用编程软件求解流体在不同流体工况下翅片通道的出口温度的过程具体包括：S311：当流体工况为并流时，基于并流模型，采用编程软件求得数值解，分别获取并流工况下热侧翅片通道的出口温度、以及冷侧翅片通道出口温度；S312：当流体工况为逆流时，基于逆流模型，采用编程软件求得数值解，分别获取逆流工况下热侧翅片通道的出口温度、以及冷侧翅片通道出口温度；S313：当流体工况为错流时，基于错流模型，采用编程软件迭代获取错流工况下热侧翅片通道的出口温度、以及冷侧翅片通道出口温度；S3131：基于构建错流模型所划分的n1×n2的换热网格矩阵，令i＝1，j＝1，获取网格单元i，j区域中的热侧温度矩阵元素THi，j、冷侧温度矩阵元素TCi，j、以及对应的热阻Ri，j，建立热量平衡方程，以实现整个换热网格矩阵的迭代；S3132：基于热量平衡方程，求解网格单元区域i+1，j中的热侧温度矩阵元素THi+1，j、以及网格单元区域i，j+1中的冷侧温度矩阵元素TCi，j+1；S3133：令j＝j+1，按列依次迭代计算，直至j＞n2，停止迭代；S3134：令i＝i+1，按行依次迭代计算，直至i＞n1，停止迭代；S3135：获取热侧温度矩阵Th的最后一行THn1，：，求取行平均温度，得到错流情况下热侧翅片通道的出口温度Th1；获取冷侧温度矩阵Tc的最后一列TC：，n2，求取列平均温度，得到错流情况下冷侧翅片通道的出口温度Tc1；所述S3中，采用编程软件求解流体在不同板翅式换热器类型下翅片通道的出口温度的过程具体包括：S321：获取热侧翅片通道的进口温度Th0，预设冷侧翅片通道的进口温度Tc0，并结合逆流模型和错流模型，求解获取冷侧靠近热侧的第一个翅片通道的近似出口温度为Tc00；S322：基于热侧翅片通道的进口温度Th0、以及冷侧靠近热侧的第一个翅片通道的出口温度为Tc00，建立换热网格矩阵和热量平衡方程，求解冷侧第一个翅片通道的出口温度Tc01；S3221：基于冷侧靠近热侧的第一个翅片通道，按照第一个错流段、逆流段、第二个错流段的顺序逐步计算求解冷侧靠近热侧的第一个翅片通道的进口温度Tc01；S3222：计算|Tc01-Tc0|，当其值小于0.01时满足精度条件，即获取当前冷侧靠近热侧的第一个翅片通道的进口温度Tc01；S323：依序求解冷侧靠近热侧的下一个翅片通道的出口温度，直至完成冷侧靠近热侧的第n个翅片通道的出口温度Tc0n的求解；S324：获取各流体工况阶段的温度矩阵，并依次赋值，求解热侧翅片通道的出口温度Th1、冷侧翅片通道的出口温度Tc1；S3241：基于获取的热侧翅片通道的进口温度Th0、以及预设的冷侧翅片通道的进口温度Tc0；S3242：结合错流模型，求解第一个错流段热侧温度矩阵TH1、第一个错流段冷侧温度矩阵TC1，并将其对角线上的元素分别赋值给逆流段热侧温度矩阵TH2的第一行和逆流段冷侧温度矩阵TC2的第一列，分别作为逆流段热侧翅片通道的进口温度、逆流段冷侧翅片通道的出口温度；S3243：结合逆流模型，求解逆流段热侧翅片通道的出口温度、逆流段冷侧翅片通道的进口温度，将其分别赋值给逆流段热侧温度矩阵TH2的第二行和逆流段冷侧温度矩阵TC2的第二列，进而将逆流段热侧温度矩阵TH2的第二行和逆流段冷侧温度矩阵TC2的第二列的元素分别赋值给第二个错流段热侧温度矩阵TH3、第二个错流段冷侧温度矩阵TC3的对角线上，分别作为第二个错流段热侧翅片通道的进口温度、第二个错流段冷侧翅片通道的出口温度；S3244：结合错流模型，求解第二个错流段热侧翅片通道的出口温度、第二个错流段冷侧翅片通道的进口温度，将其分别赋值给第二个错流段热侧温度矩阵TH3的最后一行、第二个错流段冷侧温度矩阵TC3的最后一列；S3245：求取第二个错流段热侧温度矩阵TH3的最后一行的行平均温度、或最后一列的列平均温度，得到“I+Z”型、或“L+L”型板翅式换热器热侧翅片通道的出口温度Th1；求取第二个错流段冷侧温度矩阵TC3的第一行的行平均温度、或第一列的列平均温度，得到“I+Z”型、或“L+L”型板翅式换热器热侧翅片通道的出口温度Tc1。

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