一种基于响应面的换热压降关联式的快速预测方法技术

一种基于响应面的换热压降关联式的快速预测方法，基于响应面的多因素设计、交互项考评和试验方案优化功能，快速获取换热结构传热与流动性能的非线性回归模型，经推理变形后最终获得换热压降关联式；本发明专利技术可以高效、快速获取以幂函数为基本函数形式的关联式，该方法适用范围广，尤其适用于换热结构复杂、因素交互作用明显的关联式预测；采用本发明专利技术提出的关联式预测方法，可以处理存在参数交互作用的非线性问题，快速获取换热压降关联式，为换热器的设计和改进提供参数优化方向；同时，该方法从统计学角度预处理参数值，选取和设计具有统计意义的代表性试验点，实现了试验方案的科学安排，能够大幅降低试验成本、缩短产品开发周期。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于传热传质领域，特别涉及一种以响应面方法为基础，表征算换热器中包含结构和流动参数对换热和阻力特性的复杂影响关系，最终形成基于响应面的换热压降关联式的快速预测方法。
技术介绍
换热器是化工、炼油、动力、食品、轻工、原子能、制药、航空及其它许多工业部门广泛使用的一种通用工艺设备，随着工业的不断发展，对能源利用、开发的合理性与有效性的要求不断提高，对换热器性能的要求也日益加强，换热器的优化设计显得尤为重要。换热和压降是评估换热器性能的两个重要指标，换热性能影响了能量的交换效率，而压降大小则决定了流动损耗情况。目前评判这两个指标的准则有很多，如Kay-London的传热摩擦因子法，R.L.Webb的纵向比较法，A.Bejan提出的熵增准则等，这些准则极大程度上决定了换热器的结构设计状况，所以准确获取表征换热器的换热与压降的准则关联式显得尤为重要。同时，对于结构复杂的换热器设计，换热与压降关联式影响因素多，导致所需实验点数据量十分庞大，所以在初期设计阶段，实验方案的合理规划，将会大大缩短产品研发周期、减少产品开发成本。现有的换热压降实验关联式的获取多为通过方程形式转化将非线性多元本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于响应面的换热压降关联式的快速预测方法，其特征在于：1)基于传热学和流体力学原理，提取影响换热结构的换热和压降性能的所有结构参数和工质热力参数，并根据换热与压降关联式中各参数的取值涵盖范围，基于响应面分析的试验点设计准则，确定各参数的试验水平，并构造以换热结构参数与工质热力参数为试验自变量的参数组合，即试验设计点，填充到试验参数设计原型表中的自变量栏；2)按照试验参数设计原型表的试验设计点布置情况，对各组试验设计点进行换热与压降性能的实验测定或仿真计算，获取各试验设计点的换热量和压降的实验或仿真原始数据，基于传热学和流体力学基本原理，对换热量和压降数据进行无量纲处理，最终获得表征换热结构...

【技术特征摘要】
1.一种基于响应面的换热压降关联式的快速预测方法，其特征在于：1)基于传热学和流体力学原理，提取影响换热结构的换热和压降性能的所有结构参数和工质热力参数，并根据换热与压降关联式中各参数的取值涵盖范围，基于响应面分析的试验点设计准则，确定各参数的试验水平，并构造以换热结构参数与工质热力参数为试验自变量的参数组合，即试验设计点，填充到试验参数设计原型表中的自变量栏；2)按照试验参数设计原型表的试验设计点布置情况，对各组试验设计点进行换热与压降性能的实验测定或仿真计算，获取各试验设计点的换热量和压降的实验或仿真原始数据，基于传热学和流体力学基本原理，对换热量和压降数据进行无量纲处理，最终获得表征换热结构各试验设计点换热和压降性能的无量纲参数即试验因变量，填充在试验参数设计原型表中的因变量栏，完成试验参数设计原型表的构造；3)基于拟拟合关联式的函数形式，分别对试验参数设计原型表中各试验设计点的自变量和因变量进行相应的函数变换，经函数变换后的自变量参数即换热结构参数与工质热力参数值作为试验参数设计操作表中的因素，经函数变换后的因变量参数，即换热结构换热和压降性能无量纲参数值，作为试验参数设计操作表中的响应值，完成用于拟合换热结构换热和压降关联式的试验参数设计操作表构造；4)根据试验参数设计操作表的信息，基于响应面方法得到换热和压降响应值随各因素变化的复杂函数关系模型，并通过模型方差分析(ANOVA)，获得各因素的P因子，通过检验表征因素影响显著性大小的P因子，筛选出模型的显著影响因素项，并剔除影响不显著的因素项，最终得到换热和压降的因素影响性方程；5)基于换热和压降的因素影响性方程，对因素影响性方程进行函数逆变换，最终获得表征换热结构换热和压降特性的关联式。2.根据权利要求1所述的基于响应面的换热压降关联式的快速预测方法，其特征在于：所述步骤1)各参数的取值涵盖范围是根据待测的实际换热器结构及应用场合、性能要求、制造要求和安装要求确定。3.根据权利要求1所述的基于响应面的换热压降关联式的快速预测方法，其特征在于：所述步骤1)的基于响应面分析的试验点设计准则是对各个参数变化范围利用离散方法离散成不同水平，例如：采用分别对应参数3水平和5水平设计的BBD(BoxBehnkenDesign)或CCD(CentralCompositeDesign)方法进行试验点设计，得到不同试验设计点的参数组合。4.根据权利要求1所述的基于响应面的换热压降关联式的快速预测方法，其特征在于：所述步骤2)获取换热量和压降的实验或仿真原始数据是按照试验设计点下的参数组合制作换热器、搭建实验台进行实验测定获取实验结果或采用仿真实验进行换...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘迎文，钟舸宇，杨哲，王飞龙，何雅玲，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61