[发明专利]一种空气-空气集成换热装置的性能匹配设计方法

权利要求书

1.一种空气-空气集成换热装置的性能匹配设计方法，集成换热装置包括换热器(1)和温控活门(2)，其特征在于：该方法通过在所述换热器(1)的热边进口管道与温控活门(2)所在的旁路管道进口的交叉位置设置导流片来实施，并具体包括以下步骤：

S1、需求确定

确定换热装置冷热边进口温度、流量和压力，热边出口温度要求以及流阻要求、换热装置的寿命要求；

S2、工况确定

根据步骤S1得到的参数，确定集成换热装置在飞行包线下的工况点；

S3、换热器和温控活门性能匹配分析

设计换热装置的结构，包括：换热器的结构及尺寸、温控活门的结构与尺寸、导流片的形状、位置、角度与尺寸，并基于各工况点对换热装置的换热性能进行计算，换热性能包括温控活门旁通流量和流阻、换热器的热边出口温度以及流阻；绘制各工况点下温控活门的旁通流量和无量纲流阻曲线，以及换热器的流量和无量纲流阻曲线，寻找换热器与温控活门流量之和等于换热装置进口总流量的流阻值；

S4、判断步骤S3的结果是否满足步骤S1中的要求，如果满足则进入步骤S5，如果不满足，返回步骤S3；

S5、高可靠性设计

进行热疲劳分析得到换热器中各零部件的疲劳寿命；

S6、判断步骤S5中的疲劳寿命是否满足步骤S1中的要求，如果满足则完成设计，如果不满足，返回步骤S3。

2.根据权利要求1所述的空气-空气集成换热装置的性能匹配设计方法，其特征在于：步骤S1中，基于飞机燃油惰化系统在飞行包线下的环境温度、飞行速度、飞行高度、飞机惰化要求确定换热装置冷热边的进口温度、流量和压力，以及热边的出口温度要求。

3.根据权利要求1所述的空气-空气集成换热装置的性能匹配设计方法，其特征在于：步骤S3中，设计换热装置的结构时，首先调整换热器芯体翅片尺寸、冷热边层数、冷热边流道长度，若换热性能仍然不满足要求，则进一步调整导流片角度或减少温控活门旁路流通尺寸。

4.根据权利要求1所述的空气-空气集成换热装置的性能匹配设计方法，其特征在于：步骤S3中，

计算换热器的热边出口温度以及流阻时，具体步骤为：

①给定换热器芯体结构尺寸，计算各工况点换热性能，得出各工况点下换热器热边空气出口温度和流阻ΔP1；

②将流阻ΔP1转化为无量纲参数sigmaΔP，绘制sigmaΔP1与不同空气流量下的曲线，其中

计算温控活门旁通流量和流阻时，具体步骤为：

①给定旁路管道的结构和直径，选定温控活门控制形式；

②计算各工况下温控活门的旁通流量和流阻，得出相同活门开度下不同工况点下旁路流量和流阻ΔP2，以及不同活门开度下的旁路流量与流阻ΔP；

③将流阻ΔP2转化为无量纲参数sigmaΔP，绘制旁路的sigmaΔP2与旁路流量曲线，其中

5.根据权利要求4所述的空气-空气集成换热装置的性能匹配设计方法，其特征在于：温控活门控制形式包括蝶阀、活门板或其他形式。

6.根据权利要求1所述的空气-空气集成换热装置的性能匹配设计方法，其特征在于：步骤S5中，高可靠性设计包括以下步骤：

①确定热疲劳分析工况点；

②边界参数确定；

③疲劳寿命计算；

④热疲劳应力分析。

7.根据权利要求1所述的空气-空气集成换热装置的性能匹配设计方法，其特征在于：导流片的结构、位置与形式需根据换热器与温控活门旁路的压力流场分布仿真结果确定。

8.根据权利要求1所述的空气-空气集成换热装置的性能匹配设计方法，其特征在于：根据高可靠性设计中热疲劳应力分析结果，对换热器各零组件结构进行优化改进。

9.根据权利要求1所述的空气-空气集成换热装置的性能匹配设计方法，其特征在于：温控活门(2)通过步进电机和变速齿轮机构调节活门开度，步进电机步程60°，轴步程1.3°，且具有通电复位功能。