一种换热器系统热力设计方法技术方案

本发明专利技术公开一种换热器系统热力设计方法，首先确定换热器系统中换热器几何结构参数；再根据换热器和管道的阻力计算公式，分别得到换热器系统内冷流体和热流体的阻力‑流量关系；然后结合换热器系统内冷流体的阻力‑流量关系和冷流体驱动装置的阻力‑流量关系，结合换热器系统内热流体的阻力‑流量关系和热流体驱动装置的阻力‑流量关系，分别得到换热器冷流体和热流体的工作点流量；最后采用换热器冷流体工作点流量和热流体工作点流量，分别代替换热器传统热力设计方法计算步骤或换热器传统优化过程中的冷流体和热流体给定的流量进行热力设计计算。本发明专利技术热力设计方法，同时考虑流体驱动装置和换热器系统的阻力‑流量特性，更加符合工程应用。

Thermodynamic design method of heat exchanger system

The invention discloses a system for thermal design method of heat exchanger, first determine the geometric parameters for heat exchanger system; and then according to the calculation formula of heat exchangers and pipe resistance, resistance flow heat exchanger system in cold fluid and thermal fluid are obtained; then the relationship between flow resistance. The relationship between flow resistance heat exchanger cooling fluid and cold fluid driving device, the resistance flow heat exchanger system with heat resistance fluid flow relationship and thermal fluid driving device, heat exchanger, cold fluid and thermal fluid flow point were obtained; the heat exchanger cooling fluid the work flow and work flow of hot fluid, heat exchanger instead of the traditional design method of heat exchanger calculation steps or traditional optimization process of cold fluid and hot fluid flow is given Design calculation. The method of thermal design, considering the resistance flow characteristic of fluid driving device and a heat exchanger system, is more suitable for engineering application.

【技术实现步骤摘要】
一种换热器系统热力设计方法
本专利技术涉及一种换热器系统热力设计方法，特别涉及一种换热器及其应用系统与流体驱动装置的耦合热力设计方法。
技术介绍
换热器的热力设计通常采用对数平均温差法和效能-传热单元数法，根据要求的热力参数热力设计过程分为校核计算和设计计算。换热器的优化往往采用遗传算法、粒子群算法或蚁群算法等。上述的换热器热力设计方法和优化过程都是在给定的质量流量、流速或雷诺数的前提条件下进行，在本文中称其为传统热力设计方法和传统优化过程，其主要原因是在换热器的热力设计和优化过程中只考虑换热器本身的特性，而没有同时考虑流体驱动装置特性。在实际的换热器系统中，由于流体驱动装置的阻力特性、换热器的阻力特性和工作流体流量相互影响，进而影响换热器的换热特性，在换热器系统中不同的换热器和流体驱动装置配对很难实现给定的质量流量、流速或雷诺数的条件。例如，以风扇为流体驱动装置的机柜散热系统，换热器的工作点流量由风扇的阻力-流量特性、换热器及机柜散热系统的阻力特性共同决定，换热器的热设计必须考虑工作点流量，而不是用给定的质量流量、流速或雷诺数进行热力设计。因此，结合流体驱动装置的阻力-流量特性和换热器的阻力特性来确定工作流体流量的换热器系统热力设计方法更符合工程实际。
技术实现思路
本专利技术的目的是考虑流体驱动装置的阻力特性、换热器的阻力特性和工作流体流量的相互影响，提出一种符合实际应用的换热器系统热力设计方法。本专利技术采用的技术方案包括以下步骤：1)初步确定换热器系统中换热器几何结构参数；2)根据换热器的阻力计算公式和连接管道的阻力计算公式得到换热器系统内冷流体的阻力-流量关系式和热流体的阻力-流量关系式根据选定的冷流体驱动装置和热流体驱动装置得到冷流体驱动装置的阻力-流量关系式和热流体驱动装置的阻力-流量关系式3)得到换热器冷流体工作点流量和换热器热流体工作点流量：换热器系统内冷流体的阻力-流量关系式和冷流体驱动装置的阻力-流量关系式阻力相同时的共同解为换热器冷流体工作点流量，换热器系统内热流体的阻力-流量关系式和热流体驱动装置的阻力-流量关系式阻力相同时的共同解为换热器热流体工作点流量；4)用换热器冷流体工作点流量和热流体工作点流量，分别代替换热器传统热力设计方法计算步骤中的换热器冷流体恒定流量和热流体恒定流量进行热力设计计算得到满足要求的换热器热力参数及换热器几何结构参数，或者用换热器冷流体工作点流量和热流体工作点流量，分别代替换热器传统优化过程中的换热器冷流体恒定流量和热流体恒定流量进行换热器优化计算得到最优的换热器热力参数及换热器几何结构参数。所述的步骤4)中的换热器传统热力设计方法计算步骤为效能-传热单元数法校核计算步骤、效能-传热单元数法设计计算步骤、对数平均温差法校核计算步骤或对数平均温差法设计计算步骤。所述的步骤4)中的换热器传统优化过程中所用的优化算法包括遗传算法、粒子群算法或蚁群算法等。所述的步骤4)中的换热器传统热力设计方法中的计算步骤为设计计算步骤时需要反复调整换热器几何结构参数并重复所述的步骤2)、3)和4)来完成换热器系统的热力设计。所述的换热器系统热力设计方法还适用于求得冷流体热容量Cc和热流体热容量Ch的情况下，从换热器6个独立热力参数中已知3个得到其余参数的换热器系统热力设计方法。所述的换热器6个独立热力参数为换热器冷热流体进出口温度Tci、Tco、Thi和Tho，换热面积与总传热系数的乘积UA，以及换热量Q。相对于现有的技术，本专利技术的优点体现在：本专利技术提供的换热器系统热力设计方法综合考虑给定热力参数、流体驱动装置性能和换热器流动换热性能。而现有的换热器热力设计方法单独考虑换热器的特性，在给定的质量流量、流速或雷诺数的前提条件下进行，无法综合考虑换热器与流体驱动装置之间的相互作用。本专利技术提供的换热器系统热力设计方法结合换热器系统阻力-流量特性与流体驱动装置阻力-流量特性，得出换热器冷流体工作点流量和换热器热流体工作点流量，并代入传统的换热器热力设计方法进行热力设计，因此，本专利技术提供的换热器系统热力设计方法更加符合换热器的工程应用。附图说明图1是本专利技术换热器系统热力设计方法流程图。图2是本专利技术效能-传热单元数法校核计算的流程图。图3是本专利技术效能-传热单元数法设计计算的流程图。图4是本专利技术对数平均温差法校核计算的流程图。图5是本专利技术对数平均温差法设计计算的流程图。具体实施方式本专利技术所提到的换热器系统热力设计方法包括以下步骤，参考图1所示：1)初步确定换热器系统中换热器几何结构参数；2)根据换热器的阻力计算公式和连接管道的阻力计算公式得到换热器系统内冷流体的阻力-流量关系式和热流体的阻力-流量关系式根据选定的冷流体驱动装置和热流体驱动装置得到冷流体驱动装置的阻力-流量关系式和热流体驱动装置的阻力-流量关系式3)得到换热器冷流体工作点流量和换热器热流体工作点流量：换热器系统内冷流体的阻力-流量关系式和冷流体驱动装置的阻力-流量关系式阻力相同时的共同解为换热器冷流体工作点流量，换热器系统内热流体的阻力-流量关系式和热流体驱动装置的阻力-流量关系式阻力相同时的共同解为换热器热流体工作点流量；4)用换热器冷流体工作点流量和热流体工作点流量，分别代替换热器传统热力设计方法计算步骤中的换热器冷流体恒定流量和热流体恒定流量进行热力设计计算得到满足要求的换热器热力参数及换热器几何结构参数，或者用换热器冷流体工作点流量和热流体工作点流量，分别代替换热器传统优化过程中的换热器冷流体恒定流量和热流体恒定流量进行换热器优化计算得到最优的换热器热力参数及换热器几何结构参数。所述的步骤4)中的换热器传统热力设计方法计算步骤为效能-传热单元数法校核计算步骤、效能-传热单元数法设计计算步骤、对数平均温差法校核计算步骤或对数平均温差法设计计算步骤。所述的步骤4)中的换热器传统优化过程中所用的优化算法包括遗传算法、粒子群算法或蚁群算法等。实施例1.所述的换热器传统热力设计方法计算步骤为效能-传热单元数法校核计算时具体实施方法如下，参照图2所示：已知条件，热力参数包括换热器几何结构参数、换热器的流动换热特性、冷流体进口温度Tci和热流体进口温度Thi，冷流体驱动装置和热流体驱动装置。1)根据给定的换热器系统中换热器几何结构参数，计算换热器的换热面积A；2)根据换热器的阻力计算公式和连接管道的阻力计算公式得到换热器系统内冷流体的阻力-流量关系式和热流体的阻力-流量关系式根据选定的冷流体驱动装置和热流体驱动装置得到冷流体驱动装置的阻力-流量关系式和热流体驱动装置的阻力-流量关系式3)得到换热器冷流体工作点流量和换热器热流体工作点流量：换热器系统内冷流体的阻力-流量关系式和冷流体驱动装置的阻力-流量关系式阻力相同时的共同解为换热器冷流体工作点流量，换热器系统内热流体的阻力-流量关系式和热流体驱动装置的阻力-流量关系式阻力相同时的共同解为换热器热流体工作点流量；4)根据换热器冷流体工作点流量和热流体工作点流量计算冷流体热容量Cc、热流体热容量Ch，进而可以计算得到最小热容量Cmin、最大热容量Cmax和热容比C*；根据换热面积A，由冷流体工作点流量和热流体工作点流量及换热器的换热特性可以得到换热器总传热系数U，进而从公式得到传本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种换热器系统热力设计方法，其特征在于，包括以下步骤：1)初步确定换热器系统中换热器几何结构参数；2)根据换热器的阻力计算公式和连接管道的阻力计算公式得到换热器系统内冷流体的阻力‑流量关系式

【技术特征摘要】
1.一种换热器系统热力设计方法，其特征在于，包括以下步骤：1)初步确定换热器系统中换热器几何结构参数；2)根据换热器的阻力计算公式和连接管道的阻力计算公式得到换热器系统内冷流体的阻力-流量关系式和热流体的阻力-流量关系式根据选定的冷流体驱动装置和热流体驱动装置得到冷流体驱动装置的阻力-流量关系式和热流体驱动装置的阻力-流量关系式3)得到换热器冷流体工作点流量和换热器热流体工作点流量：换热器系统内冷流体的阻力-流量关系式和冷流体驱动装置的阻力-流量关系式阻力相同时的共同解为换热器冷流体工作点流量，换热器系统内热流体的阻力-流量关系式和热流体驱动装置的阻力-流量关系式阻力相同时的共同解为换热器热流体工作点流量；4)用换热器冷流体工作点流量和热流体工作点流量，分别代替换热器传统热力设计方法计算步骤中的换热器冷流体恒定流量和热流体恒定流量进行热力设计计算得到满足要求的换热器热力参数及换热器几何结构参数，或者用换热器冷流体工作点流量和热流体工作点流量，分别代替换热器传统优化过程中的换热器冷流体恒定流量和热流体恒定流量进行换热器优化计算得到最优的换热器热...

【专利技术属性】
技术研发人员：王秋旺，萨仁满都呼，马挺，曾敏，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61