本申请涉及先进动力设备系统技术领域，特别涉及一种微细管束强化换热结构换热器设计方法及装置，其中，方法包括：基于换热器的目标设计条件，确定换热器的管束参数和泡沫金属参数；基于换热器的目标约束条件、管束参数和泡沫金属参数，计算换热器的换热功率和压降；根据换热功率和压降计算目标约束条件下换热器的结构范围，并根据目标约束条件生成目标设计结果，以获取满足目标约束条件的换热器结构。由此，解决了相关技术中通过增加泡沫金属对管外侧流体进行强化换热的结构，导致换热器的体积和重量增加，并且增加了气流流过时阻力损失，降低了换热器设计的精准性的问题。降低了换热器设计的精准性的问题。降低了换热器设计的精准性的问题。
【技术实现步骤摘要】
微细管束强化换热结构换热器设计方法及装置
[0001]本申请涉及先进动力设备系统
，特别涉及一种微细管束强化换热结构换热器设计方法及装置。
技术介绍
[0002]相关技术中，由于换热器中的光滑管外气流的对流换热热阻是换热器传热热阻最大的一侧，因此可以通过增设强化传热结构，如增加泡沫金属对管外侧流体进行强化换热的结构解决这一问题。
[0003]然而，相关技术中通过增加泡沫金属对管外侧流体进行强化换热的结构，导致换热器的体积和重量增加，并且增加了气流流过时的阻力损失，降低了换热器设计的精准性，亟待改进。
技术实现思路
[0004]本申请是基于专利技术人对以下问题和认识作出的：
[0005]采用微细管束结构的换热器实现管内工质与来流气体的热量交换是常见的一种能量利用方式，在航空航天领域，“佩刀”发动机预冷器采用微细管束结构的换热器成功完成马赫数5条件下热工况试验，实现了在0.01s的时间内，将约600kg的空气进行深度预冷，从1350K降温至150K左右，功率高达400MW。
[0006]“佩刀”发动机预冷器来流速度高、传热温差大，利用光滑微细管束即能够实现高功率密度传热，换热器的热重比(换热器功率与重量的比值，单位kW/kg)也比较大，而在更多应用场景中，来流速度和温度均没有“佩刀”发动机预冷器工况那么高，此时，光滑管外气流的对流换热热阻往往是换热器传热热阻最大的一侧，需要增设强化传热结构，泡沫金属是容易想到的一种可以对管外侧流体进行强化换热的结构，显然，在微细管外侧增加泡沫金属不仅会使换热器的体积和重量增加，而且会导致气流流过时阻力损失增大，对于航空航天用装备而言不利，因此，需要建立泡沫金属微细管换热器的精准设计方法。
[0007]本申请提供一种微细管束强化换热结构换热器设计方法及装置，以解决相关技术中通过增加泡沫金属对管外侧流体进行强化换热的结构，导致换热器的体积和重量增加，并且增加了气流流过时阻力损失，降低了换热器设计的精准性的问题。
[0008]本申请第一方面实施例提供一种微细管束强化换热结构换热器设计方法，包括以下步骤：基于换热器的目标设计条件，确定所述换热器的管束参数和泡沫金属参数；基于所述换热器的目标约束条件、管束参数和泡沫金属参数，计算所述换热器的换热功率和压降；根据所述换热功率和压降计算所述目标约束条件下所述换热器的结构范围，并根据所述目标约束条件生成目标设计结果，以获取满足所述目标约束条件的换热器结构。
[0009]可选地，在本申请的一个实施例中，所述基于所述换热器的目标约束条件、管束参数和泡沫金属参数，计算所述换热器的换热功率与压降，包括：对所述换热器的体积、质量、压降及换热功率进行限制，确定目标假设条件，以根据所述目标约束条件和所述目标假设
条件计算所述换热功率与压降。
[0010]可选地，在本申请的一个实施例中，所述根据所述换热功率与压降计算所述目标约束条件下所述换热器结构范围，并根据所述目标约束条件判定目标设计结果，以获取满足所述目标约束条件的换热器结构，包括：根据所述换热功率与压降获取所述换热器的迎风截面积与结构长度；基于所述迎风截面积与结构长度，重新计算所述换热器的体积和质量；判断所述体积和质量是否满足所述目标约束条件的体积约束条件和质量约束条件；若不满足所述体积约束条件和所述质量约束条件，则调整所述换热器的结构，直至所述换热器的结构满足所述体积约束条件和所述质量约束条件，并计算所述换热器的体积为最优体积时的所述换热功率与压降，确定满足所述目标约束条件的所述换热器的结构。
[0011]可选地，在本申请的一个实施例中，所述根据所述换热功率与压降计算所述目标约束条件下所述换热器结构范围，并根据所述目标约束条件判定目标设计结果，以获取满足所述目标约束条件的换热器结构，还包括：若满足所述体积约束条件和所述质量约束条件，则直接计算所述换热器的体积为最优体积时的所述换热功率与压降，并停止计算。
[0012]可选地，在本申请的一个实施例中，所述换热器的体积为最优体积时的所述换热功率与压降的关系式为：
[0013][0014][0015]其中，L0为所述换热器体积最小时的长度，A0为所述换热器体积最小时的截面积，X1、X2、Y2、n1、n2均为已知量。
[0016]本申请第二方面实施例提供一种微细管束强化换热结构换热器设计装置，包括：确定模块，用于基于换热器的目标设计条件，确定所述换热器的管束参数和泡沫金属参数；计算模块，用于基于所述换热器的目标约束条件、管束参数和泡沫金属参数，计算所述换热器的换热功率和压降；处理模块，用于根据所述换热功率和压降计算所述目标约束条件下所述换热器的结构范围，并根据所述目标约束条件生成目标设计结果，以获取满足所述目标约束条件的换热器结构。
[0017]可选地，在本申请的一个实施例中，所述计算模块包括：第一计算单元，用于对所述换热器的体积、质量、压降及换热功率进行限制，确定目标假设条件，以根据所述目标约束条件和所述目标假设条件计算所述换热功率与压降。
[0018]可选地，在本申请的一个实施例中，所述处理模块包括：获取单元，用于根据所述换热功率与压降获取所述换热器的迎风截面积与结构长度；第二计算单元，用于基于所述迎风截面积与结构长度，重新计算所述换热器的体积和质量；判断单元，用于判断所述体积和质量是否满足所述目标约束条件的体积约束条件和质量约束条件；处理单元，用于若不满足所述体积约束条件和所述质量约束条件，则调整所述换热器的结构，直至所述换热器的结构满足所述体积约束条件和所述质量约束条件，并计算所述换热器的体积为最优体积时的所述换热功率与压降，确定满足所述目标约束条件的所述换热器的结构。
[0019]可选地，在本申请的一个实施例中，所述处理模块进一步用于若满足所述体积约束条件和所述质量约束条件，则直接计算所述换热器的体积为最优体积时的所述换热功率
与压降，并停止计算。
[0020]可选地，在本申请的一个实施例中，所述换热器的体积为最优体积时的所述换热功率与压降的关系式为：
[0021][0022][0023]其中，L0为所述换热器体积最小时的长度，A0为所述换热器体积最小时的截面积，X1、X2、Y2、n1、n2均为已知量。
[0024]本申请第三方面实施例提供一种电子设备，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序，以实现如上述实施例所述的微细管束强化换热结构换热器设计方法。
[0025]本申请第四方面实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上的微细管束强化换热结构换热器设计方法。
[0026]本申请实施例可以基于换热器的目标约束条件、管束参数和泡沫金属参数，计算换热器的换热功率和压降，从而计算目标约束条件下换热器的结构范围，并生成目标设计结果，以获取满足目标约束条件的换热器结构，进而减小了换热器的体积和质量，降低了本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种微细管束强化换热结构换热器设计方法，其特征在于，包括以下步骤：基于换热器的目标设计条件，确定所述换热器的管束参数和泡沫金属参数；基于所述换热器的目标约束条件、管束参数和泡沫金属参数，计算所述换热器的换热功率和压降；以及根据所述换热功率和压降计算所述目标约束条件下所述换热器的结构范围，并根据所述目标约束条件生成目标设计结果，以获取满足所述目标约束条件的换热器结构。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述换热器的目标约束条件、管束参数和泡沫金属参数，计算所述换热器的换热功率与压降，包括：对所述换热器的体积、质量、压降及换热功率进行限制，确定目标假设条件，以根据所述目标约束条件和所述目标假设条件计算所述换热功率与压降。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述换热功率与压降计算所述目标约束条件下所述换热器结构范围，并根据所述目标约束条件判定目标设计结果，以获取满足所述目标约束条件的换热器结构，包括：根据所述换热功率与压降获取所述换热器的迎风截面积与结构长度；基于所述迎风截面积与结构长度，重新计算所述换热器的体积和质量；判断所述体积和质量是否满足所述目标约束条件的体积约束条件和质量约束条件；若不满足所述体积约束条件和所述质量约束条件，则调整所述换热器的结构，直至所述换热器的结构满足所述体积约束条件和所述质量约束条件，并计算所述换热器的体积为最优体积时的所述换热功率与压降，确定满足所述目标约束条件的所述换热器的结构。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述换热功率与压降计算所述目标约束条件下所述换热器结构范围，并根据所述目标约束条件判定目标设计结果，以获取满足所述目标约束条件的换热器结构，还包括：若满足所述体积约束条件和所述质量约束条件，则直接计算所述换热器的体积为最优体积时的所述换热功率与压降，并停止计算。5.根据权利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述换热器的体积为最优体积时的所述换热功率与压降的关系式为：述换热功率与压降的关系式为：其中，L0为所述换热器体积最小时的长度，A0为所述换热器体积最小时的截面积，X1、X2、Y2、n1、n2均为已知量。6.一种微细管束强化换热结构换热器设计装置，其特征在于，包括：确定模块，用于基于换热器的目标设计条件，确定...
【专利技术属性】
技术研发人员：胥蕊娜，姜培学，王超，吴彦斌，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：
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