[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

说明书

技术领域

本发明属于板翅式换热器设计应用技术领域，具体涉及面向板翅式换热器设计的翅片流动与换热性能预测方法。

技术背景

板翅式换热器是一种高效的强化换热设备，广泛应用于航空航天、石油化工以及气体分离与液化等行业。锯齿型翅片是应用在板翅式换热器中的高效翅片之一，它具有较高的比换热面积，可以有效改善换热器中弱侧（如空气侧）的换热状况。

在设计板翅式换热器时，翅片重要的性能参数j因子和f因子不仅可以指导板翅式换热器所用翅片形式的选择，而且对选定翅片的结构参数确定和整个换热器的尺寸设计都有重要的影响。j因子和f因子在设计过程中一般需要根据设计工况以及设计者所选定的相关参数预测得到。而j因子和f因子的预测主要是通过j因子和f因子关联式来确定。

早期的j因子和f因子关联式主要通过拟合实验数据得到。根据文献资料能查到的较为系统的锯齿型翅片实验是由Kays W.Y.与London A.L.为首的研究小组进行的，以空气为实验侧的流动介质，采用风洞实验台进行测试。所得的数据被众多学者引用，从而出现了各种锯齿型翅片的j因子和f因子关联式。国内空分行业所用的锯齿型翅片j因子和f因子预测主要是引自日本神钢“ALEX”的翅片性能曲线。随着计算机技术和计算流体力学（CFD）的快速发展，使得采用数值模拟方法求解翅片通道内部流场和温度场成为可能，通过对场数据进行分析处理，就可以得到翅片的性能因子，并且只要数值模型建立的合理，所得的翅片性能数据与实验数据会有较好的一致性。因此，实验和CFD方法的结合也越来越多的应用在板翅式换热器的设计当中。

由于实验用的锯齿型翅片型号较少，传统的锯齿型翅片j因子和f因子关联式对影响锯齿型翅片通道内流动换热性能的结构因素考得不够全面，有效预测范围较小，且计算出的j和f因子往往存在较大的误差，不利于板翅式换热器的工程设计。因而，提出一种能够在较宽范围内准确预测锯齿型翅片流动与换热性能的预测方法至关重要，具有重要的现实意义。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供面向板翅式换热器设计的翅片流动与换热性能预测方法，该预测方法首先对锯齿型翅片j，f因子进行较准确的预测，其次有效预测范围较大，涵盖了常压锯齿型翅片（翅片厚度相对较小）与高压锯齿型翅片（翅片厚度相对较大）。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

面向板翅式换热器设计的翅片流动与换热性能预测方法，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h_f，翅片宽度s_f、翅片厚度δ_f，翅片单元长度l_f，翅片高度h_f是指从锯齿型翅片最底边缘到最高边缘的距离，翅片宽度s_f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=δfhf,]]>β=δfsf,]]>γ=δflf]]>

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；