【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及结霜行为预测领域，具体地，涉及一种基于结霜相似律的平板结霜厚度预测方法。
技术介绍
1、低温换热器可将高速流动的高温气体迅速冷却至深低温。当气体被冷却至零下温度后，空气的饱和湿度将大大降低，由此将导致空气中的水蒸气在换热单元的低温表面凝华为霜。这种在高速气流流过换热单元的低温表面结霜的行为属于强对流条件下的低温表面结霜问题，是水蒸气凝华的气-固相变行为。这种水蒸气直接凝华为霜的气-固相变行为被称作干模态结霜，干模态结霜过程中不会出现液态水。由于这种低温表面的干模态结霜会引起换热器通道的堵塞，掌握不同来流速度、来流温度、低温表面温度和低温元件尺寸等结霜条件下的干模态结霜厚度生长情况对于设计换热器的基本单元尺寸、间距以及确定换热器冷却策略至关重要。平板作为换热器基本单元的常用形式，需要对不同结霜条件下的低温平板表面的干模态结霜行为进行预测。
2、对于某个确定的来流温度、来流速度、低温平板温度和低温平板长度的干模态结霜条件下，目前已有用于低温平板上霜层厚度随时间的变化的数值计算预测方法。该方法根据有量纲的来流温度、来流速度、低温平板温度和低温平板长度等参数构建能量方程和质量方程，并进行时间的迭代求解。然而，这种数值计算预测方法需要迭代求解，在实际使用中不太方便。此外，需要对每个不同的来流温度、来流速度、低温平板温度和低温平板长度等结霜条件组合进行单独计算，导致现有的预测方法计算量大，预测效率低。
技术实现思路
1、本专利技术目的为减少低温平板上霜层厚度预测的计算
2、为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于结霜相似律的平板结霜厚度预测方法，所述方法包括：
3、步骤1：基于霜层厚度和霜层平衡厚度建立无量纲霜层厚度的第一计算公式；
4、步骤2：基于结霜时间和结霜特征时间建立无量纲结霜时间的第二计算公式；
5、步骤3：将第一计算公式转化为不同来流速度和低温平板长度下霜层厚度与来流速度之间的第一关系式；
6、步骤4：将第二计算公式转化为不同来流速度和低温平板长度下结霜时间与来流速度之间的第二关系式；
7、步骤5：获得第一低温平板在第一来流速度和第一低温平板长度下的霜层生长情况；
8、步骤6：利用第一关系式和第二关系式，基于第一低温平板在第一来流速度和第一低温平板长度下的霜层生长情况，预测第二低温平板在第二来流速度和第二低温平板长度条件下第二时刻的霜层厚度。
9、其中，本方法通过基于霜层厚度和霜层平衡厚度建立无量纲霜层厚度的第一计算公式，基于结霜时间和结霜特征时间建立无量纲结霜时间的第二计算公式；并将第一计算公式转化为不同来流速度和低温平板长度下霜层厚度与来流速度之间的第一关系式；将第二计算公式转化为不同来流速度和低温平板长度下结霜时间与来流速度之间的第二关系式；获得第一低温平板在第一来流速度和第一低温平板长度下的霜层生长情况，该霜层生长情况为已知的霜层生长情况，用于对后续未知的相似的霜层生长情况进行预测；利用第一关系式和第二关系式，基于第一低温平板在第一来流速度和第一低温平板长度下的霜层生长情况，预测第二低温平板在第二来流速度和第二低温平板长度条件下第二时刻的霜层厚度，本方法的结霜厚度预测不需要进行迭代计算，而是基于强对流条件下低温平板干模态结霜相似律，通过已知的某个结霜状态的霜层生长曲线，利用物理量的相似关系，对有相似关系的其他结霜状态的平板结霜厚度进行预测，不需要进行迭代计算，减少了计算量，提高了预测效率。
10、在一些实施例中，所述步骤6具体包括：
11、基于第一来流速度、第二来流速度、第一低温平板长度、第二低温平板长度和第二时刻，利用第二关系式计算获得第一低温平板在第一来流速度下与第二时刻对应的第一时刻；
12、基于第一时刻和第一低温平板长度下的霜层生长情况，获得第一来流速度条件下第一时刻对应的第一霜层厚度；
13、基于第一霜层厚度、第一来流速度、第二来流速度、第一低温平板长度和第二低温平板长度，利用第一关系式计算获得第二低温平板在第二时刻的第二霜层厚度。
14、其中，通过已知的第一来流速度、第二来流速度、第一低温平板长度、第二低温平板长度和第二时刻，利用第二关系式计算获得第一低温平板在第一来流速度下与第二时刻对应的第一时刻；然后利用第一时刻和第一低温平板长度下的霜层生长情况，获得第一来流速度条件下第一时刻对应的第一霜层厚度，然后利用第一霜层厚度、第一来流速度、第二来流速度、第一低温平板长度和第二低温平板长度，利用第一关系式计算获得第二低温平板在第二时刻的第二霜层厚度，通过几次简单的转换计算即可获得第二低温平板在第二时刻的第二霜层厚度，即实现了通过利用第一低温平板的已知结霜状态信息，对未知的相似的第二低温平板的结霜厚度进行了预测。
15、在一些实施例中，第一关系式为：
16、
17、其中，xf1为第一低温平板在第一来流速度u1和第一低温平板长度l1条件下在第一时刻t1时的第一霜层厚度；xf2为第二低温平板在第二来流速度u2和第二低温平板长度l2条件下在第二时刻t2时的第二霜层厚度。
18、在一些实施例中，第二关系式为：
19、
20、其中，t1为第一时刻，t2为第二时刻，l1为第一低温平板长度，l2第二低温平板长度，u1第一来流速度，u2第二来流速度。
21、在一些实施例中，当结霜过程中霜层密度和热导率不变时，所述步骤6具体包括：
22、基于第一来流速度、第二来流速度、第一低温平板长度、第二低温平板长度、第一低温平板的第一霜层密度、第二低温平板的第二霜层密度、第一低温平板的第一霜层热导率、第二低温平板的第二霜层热导率和第二时刻，利用第二关系式计算获得第一低温平板在第一来流速度下与第二时刻对应的第一时刻；
23、基于第一时刻和第一低温平板长度下的霜层生长情况，获得第一来流速度条件下第一时刻对应的第一霜层厚度；
24、基于第一霜层厚度、第一来流速度、第二来流速度、第一低温平板长度、第一低温平板的第一霜层热导率、第二低温平板的第二霜层热导率和第二低温平板长度，利用第一关系式计算获得第二低温平板在第二时刻的霜层厚度。
25、在一些实施例中，第一关系式为：
26、
27、其中，t1为第一时刻，t2为第二时刻，l1为第一低温平板长度，l2第二低温平板长度，u1第一来流速度，u2第二来流速度，ρf1为第一低温平板的第一霜层密度，ρf2为第二低温平板的第二霜层密度，kf1为第一低温平板的第一霜层热导率，kf2为第二低温平板的第二霜层热导率。
28、在一些实施例中，第二关系式为：
29、
30、其中，xf1为第一霜层厚度，xf2为第二霜层厚度，l1为第一低温平板长度，l2第二低温平板长度，u1第一来流速度，u2第二来流速度，kf1为第一低温平板的第一霜层热导率本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于结霜相似律的平板结霜厚度预测方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的一种基于结霜相似律的平板结霜厚度预测方法，其特征在于，所述步骤6具体包括：
3.根据权利要求1所述的一种基于结霜相似律的平板结霜厚度预测方法，其特征在于，第一关系式为：
4.根据权利要求1所述的一种基于结霜相似律的平板结霜厚度预测方法，其特征在于，第二关系式为：
5.根据权利要求1所述的一种基于结霜相似律的平板结霜厚度预测方法，其特征在于，当结霜过程中霜层密度和热导率不变时，所述步骤6具体包括：
6.根据权利要求5所述的一种基于结霜相似律的平板结霜厚度预测方法，其特征在于，第一关系式为：
7.根据权利要求5所述的一种基于结霜相似律的平板结霜厚度预测方法，其特征在于，第二关系式为：
8.根据权利要求1所述的一种基于结霜相似律的平板结霜厚度预测方法，其特征在于，第一计算公式为：
9.根据权利要求1所述的一种基于结霜相似律的平板结霜厚度预测方法，其特征在于，第二计算公式为：
10.根
...【技术特征摘要】
1.一种基于结霜相似律的平板结霜厚度预测方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的一种基于结霜相似律的平板结霜厚度预测方法，其特征在于，所述步骤6具体包括：
3.根据权利要求1所述的一种基于结霜相似律的平板结霜厚度预测方法，其特征在于，第一关系式为：
4.根据权利要求1所述的一种基于结霜相似律的平板结霜厚度预测方法，其特征在于，第二关系式为：
5.根据权利要求1所述的一种基于结霜相似律的平板结霜厚度预测方法，其特征在于，当结霜过程中霜层密度和热导率不变时，所述步骤6具体包括：
【专利技术属性】
技术研发人员：夏斌，梁新刚，徐向华，曾磊，张昊元，朱言旦，李睿智，邱波，
申请(专利权)人：中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所，
类型：发明
国别省市：
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