[发明专利]面向板翅式换热器设计的翅片流动与换热性能预测方法

摘要

面向板翅式换热器设计的翅片流动与换热性能预测方法，先选择锯齿型翅片的基本结构参数，再计算相应的无量纲参数α、β、γ，核查是否在关联式预测的结构范围内，根据锯齿型翅片的结构参数计算翅片截面当量直径Dh和翅片通道当量直径De，查询获得定性温度和定性压力下空气的密度ρ和粘性μ，按照确定的通过锯齿型翅片通道的平均流速u计算Re数，并核查Re数是否在关联式的预测范围内，确定锯齿型翅片的复合无量纲参数Φf；计算j因子和f因子本发明对板翅式换热器所用锯齿型翅片的流动换热性能具有较宽的预测范围，涵盖了常压锯齿型翅片与高压锯齿型翅片，且预测较为准确。

主权项

面向板翅式换热器设计的翅片流动与换热性能预测方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，根据设计者所要设计的板翅式换热器的热负荷以及流动工况选择锯齿型翅片的基本结构参数，锯齿型翅片的基本结构参数有：翅片高度hf，翅片宽度sf、翅片厚度δf，翅片单元长度lf，翅片高度hf是指从锯齿型翅片最底边缘到最高边缘的距离，翅片宽度sf为相邻两个锯齿型翅片之间的距离；步骤2，根据选定的锯齿型翅片的基本结构参数计算相应的基本无量纲参数α、β、γ，各基本无量纲参数计算如下： α = δ f h f , β = δ f s f , γ = δ f l f 并核查α、β、γ是否在设计范围内，α、β、γ设计范围为：0＜α＜0.5，0＜β＜0.5，γ>0.01；步骤3，根据锯齿型翅片的基本结构参数计算翅片截面当量直径Dh和翅片通道当量直径De，Dh的计算方法如下： D h = 2 h f s f h f + s f De通过两种方式得到，第一种为直接通过锯齿型翅片的基本结构参数计算： D e = 2 l f ( h f - δ f ) ( s f - δ f ) l f ( h f + s f - 2 δ f ) + δ f ( h f - δ f ) + 2 δ f ( s f - 2 δ f ) 4 第二种为由步骤1得出的基本无量纲参数结合锯齿型翅片的高 度hf和翅片宽度sf计算： D e = 2 ( 1 - α ) ( 1 - β ) 1 s f ( 1 - α ) ( 1 + β ) + 1 h f ( 1 + 1 2 γ - β ( 1 + γ ) ) 步骤4，查询空气物性表或空气物性查询软件获得空气在定性温度和定性压力下的密度ρ和动力粘度μ，根据设计者所设计的流速u计算Re数， Re = ρu D e μ 若设计者采用通过单位翅片通道的空气质量流量mf来进行设计，则Re也能够由如下方式得到： Re = m f A front D e μ 式中：Afront=(hf‑δf)(sf‑δf)然后核查Re数是否在锯齿型翅片j因子和f因子的设计范围内，Re数设计范围为：200≤Re≤10000；步骤5，确定锯齿型翅片的复合无量纲参数Φf，公式如下所示： Φ f = ( 1 α + 1 2 β - 2 ) α ( 1 - 2 β ) + 2 β ( 1 - α ) + 4 ( 1 - α ) β + α ( 1 - 2 β ) 4 ( α + β - 2 αβ ) 步骤6，根据由步骤1‑4所得到的参数，计算所用锯齿型翅片的j因子和f因子，计算公式如下： j = 2.34812 ( l f D h ) 0.19411 Φ f 0.00656 α - 0.35987 β 0.10391 γ 0.45337 R e - 1.01546 + 0.05633 ln ( Re ) - 0.00064 ( h f D h ) 0.49317 β - 0.16019 ( ln ( Re ) ) 2 f = 2300.24 ( l f D h ) - 1.42491 Φ f 0.26188 ( 1 1 - 2 α ) 2.04570 ( 1 1 - 2 β ) 2.16338 γ - 0.93414 × R e - 4.52412 + 0.49785 ln ( Re ) - 0.01580 ( h f D h ) 0.00222 β - 0.08664 ( ln ( Re ) ) 2 步骤7，根据计算得出的锯齿型翅片的j因子以及所要设计的板 翅式换热器的热负荷确定所用锯齿型翅片的总长度，进而在满足设计热负荷的条件下确定出所选用锯齿型翅片的总换热面积与体积，通过计算得出的锯齿型翅片的f因子以及锯齿型翅片的总长度计算出在设计者所要设计的板翅式换热器的流动工况下所选锯齿型翅片的压降以及泵功，然后根据实际板翅式换热器进出口的压力状况或实际能为板翅式换热器进口提供的最大泵功，来核查所选锯齿型翅片是否满足设计流动工况条件，如果不满足设计流动工况条件，设计者需要重新选择锯齿型翅片的基本结构参数，并重复步骤2‑步骤7，直到所选用的锯齿型翅片既满足板翅式换热器的设计热负荷又满足翅式换热器的流动工况；当所选用的锯齿型翅片满足板翅式换热器的设计热负荷以及流动工况后，再对锯齿型翅片进行优化选型，板翅式换热器的换热核心得以确定。