風冷式熱交換器性能資料庫的建立方法
2023-04-29 01:23:06 2
專利名稱：：風冷式熱交換器性能資料庫的建立方法
技術領域：
：本發明涉及一種適於風冷式熱交換器性能資料庫的建立方法。它可以廣泛應用在風冷形式的熱交換器上，該類熱交換器包括中冷器、水散熱器、油冷器、空調冷凝器等。其結構形式主要是管帶式和封條式，材料可以是鋁合金、銅合金及不鏽鋼。
背景技術：
：在風冷式熱交換器性能預測方面，不同生產廠家、主機廠、整車廠及研究機構有不同的方法，除了如FLUENT、ANSYS等可以購買到的通用CFD計算軟體外，很多有實力的國際大公司都擁有自己較為完善的資料庫。通常而言，針對於某種熱交換器要建立完善的資料庫，都需要經過數年的積累，通過大量的測試才能獲得。因而如何在短時間內，通過最優化分析和進行少量針對性測試來獲得有效的性能預測資料庫，就成了包括眾多熱交換器生產廠探索的目標。
發明內容本發明要解決的是現有技術存在上述問題，旨在是提供一種適於風冷式熱交換器性能資料庫的建立方法，通過結構優化來預測同種結構不同尺寸的風冷式熱交換器性能。解決上述問題採用的技術方案是風冷式熱交換器性能資料庫的建立方法，其特徵在於按以下步驟進行-(1)以風冷式熱交換器波浪形散熱帶高度、散熱帶截面形狀、散熱帶齒距、散熱帶波高、紊流片形式、紊流片翅高、紊流片齒距作為因子，通過DOE方法確定8個芯體的結構形式，然後製作8個與所述芯體的結構形式相應的熱交換器；(2)在該類熱交換器的熱側介質與冷側介質可能的流量範圍內確定最小、最大和中間值三個變量，交叉後形成9個工況，按此對所述的8個熱4交換器進行風洞性能測試，從中選出一個最優化結構；(3)針對該最優化結構，製作16種不同芯體厚度及迎風面積的熱交換器標準樣件；(4)針對所述16種不同尺寸的熱交換器樣件進行48點法性能測試，確定各樣件在三種不同介質進口溫差下，熱介質流量和冷介質流量分別有4個變量時的換熱性能和阻力性能，建立完整的資料庫；其中進口溫差的三個變量規定為標準工況進口溫差為中間值，減少10度和增加io度作為另兩個溫差值。本發明的優點:l)用較少的測試來確定熱交換器芯體的最佳結構形式。2)只需製作16種不同芯體厚度及迎風面積的熱交換器樣件，就可以建立相對完整的性能資料庫。3)通過該資料庫可以高精度地預測同種結構的不同芯體尺寸地熱交換器在不同流量下的熱交換性能及阻力特性。4)整個建庫周期短、成本低，預測準確度高。作為本發明的進一步改進，在步驟(1)中，所述的每個因子均有兩個水平值，DOE方法可選擇自由度的下限為3。所述的芯體尺寸範圍為芯高二200500mm，芯寬二200500mm，芯厚二50150mm。優選尺寸為芯高二300mm，芯寬-300mm，芯厚80mm。所述的資料庫形式包括樣件圖紙、樣件照片、製作樣件類型塊、試驗數據原始記錄和資料庫圖表中的任何一種或多種。所述的樣件照片包括熱交換器、芯體、散熱帶和紊流片。所述的資料庫圖表包括a.熱側進口溫度與冷側進口溫度溫差減小10'C時換熱量vs熱側流量的圖表，換熱量vs冷側流量的圖表；b.熱側進口溫度與冷側進口溫度溫差保持不變時換熱量vs熱側流量的圖表，換熱量vs冷側流量的圖表；c.熱側進口溫度與冷側進口溫度溫差增大1(TC時換熱量vs熱側流量的圖表，換熱量vs冷側流量的圖表。下面結合附圖和實施例對本實用新型作進一步說明。圖1是風冷式熱交換器波浪形散熱帶示意圖，其中(a)為主視圖，(b)為俯視圖，(c)為左視圖，(d)為(b)的A—A向剖視圖。圖2是風冷式熱交換器紊流片示意圖，其中(a)為主視圖，(b)為左視圖。圖3是風冷式熱交換器芯體示意圖，其中(a)為主視圖，(b)為左視圖。圖4是風冷式熱交換器示意圖，其中(a)為主視圖，(b)為左視圖。圖5是本發明封條式中冷器因素水平表。圖6是設計結果矩陣。圖7是本明部分因子設計表。圖8是本發明DOE方法選擇結果的清晰度表。圖中，1—散熱帶，2—紊流片，3—熱介質進口，4一芯體，5—熱介質出口，HI—散熱帶高，DT1—散熱帶齒距，DT2—紊流片齒距，H2—紊流片高度，W4—芯體寬度，H4—芯體高度，L4一芯體厚度。具體實施方式參照圖1-4，本發明的風冷式熱交換器性能資料庫的建立方法，以封條式中冷器芯體為研究對象，管帶式研究方法同此。具體按以下步驟進行(1)DOE方法確定8個芯體的結構形式參照圖5，以風冷式熱交換器波浪形散熱帶高度、散熱帶截面形狀、散熱帶齒距、散熱帶波高、紊流片形式、紊流片翅高、紊流片齒距作為因子，每個因子均有兩個水平值，各因子之間沒有交互作用，即各因子間無因果關係。參照圖6、7，通過DOE方法得出設計結果矩陣。運行DOE設計程序，得到圖8的清晰度表，從表中得出可選擇自由度下限為3，也就是說最少要製作8個樣件進行測試。製作8個與所述芯體的結構形式相應的熱交換器，每個芯體結構的外形尺寸為芯高300mmx芯寬300mmx芯厚80mm。(2)9點試驗法選定最優化結構在該類熱交換器的熱側介質與冷側介質可能的流量範圍內確定最小、最大和中間值三個變量，交叉後形成9個工況(見表1)，按此對所述的8個熱交換器進行風洞性能測試(測試模式參考表2)，根據換熱能力和阻力結果從中選出一個最優化結構。表ltableseeoriginaldocumentpage7(3)製作16種不同芯體厚度及迎風面積的熱交換器標準樣件針對該最優化結構，製作16種不同芯體厚度及迎風面積的熱交換器標準樣件，樣件尺寸(芯高X芯寬X芯厚)可根據該類熱交換器最小、最大和中間值進行交叉組合。具體尺寸參見表3:表3tableseeoriginaldocumentpage8(4)48點法性能測試，建立完整的資料庫針對所述16種不同尺寸的熱交換器樣件進行48點法性能測試，確定各樣件在三種不同介質進口溫差下，熱介質流量和冷介質流量分別有4個變量時的換熱性能和阻力性能，建立完整的資料庫；其中進口溫差的三個變量規定為標準工況進口溫差為中間值，減少IO度和增加IO度作為另兩個溫差值。48點法介質流量組合見表4。表4tableseeoriginaldocumentpage9所述的資料庫形式包括樣件圖紙、樣件照片、製作樣件類型塊、試驗數據原始記錄和資料庫圖表中的任何一種或多種。所述的樣件照片包括熱交換器、芯體、散熱帶和紊流片。所述的資料庫圖表包括a.熱側進口溫度與冷側進口溫度溫差減小IO'C時換熱量vs熱側流量的圖表，換熱量VS冷側流量的圖表；b.熱側進口溫度與冷側進口溫度溫差保持不變時換熱量vs熱側流量的圖表，換熱量VS冷側流量的圖表；c.熱側進口溫度與冷側進口溫度溫差增大1(TC時換熱量vs熱側流量的圖表，換熱量vs冷側流量的圖表。應該理解到的是上述實施例只是對本發明的說明，而不是對本發明的限制，任何不超出本發明實質精神範圍內的發明創造，均落入本發明的保護範圍之內。權利要求1、風冷式熱交換器性能資料庫的建立方法，其特徵在於按以下步驟進行(1)以風冷式熱交換器波浪形散熱帶高度、散熱帶截面形狀、散熱帶齒距、散熱帶波高、紊流片形式、紊流片翅高、紊流片齒距作為因子，通過DOE方法確定8個芯體的結構形式，然後製作8個與所述芯體的結構形式相應的熱交換器；(2)在該類熱交換器的熱側介質與冷側介質可能的流量範圍內確定最小、最大和中間值三個變量，交叉後形成9個工況，按此對所述的8個熱交換器進行風洞性能測試，從中選出一個最優化結構；(3)針對該最優化結構，製作16種不同芯體厚度及迎風面積的熱交換器標準樣件；(4)針對所述16種不同尺寸的熱交換器樣件進行48點法性能測試，確定各樣件在三種不同介質進口溫差下，熱介質流量和冷介質流量分別有4個變量時的換熱性能和阻力性能，建立完整的資料庫；其中進口溫差的三個變量規定為標準工況進口溫差為中間值，減少10度和增加10度作為另兩個溫差值。2、如權利要求1所述的風冷式熱交換器性能資料庫的建立方法，其特徵在於在步驟(1)中，所述的每個因子均有兩個水平值，DOE方法可選擇自由度的下限為3。3、如權利要求1所述的風冷式熱交換器性能資料庫的建立方法，其特徵在於所述的步驟(1)中8個芯體的尺寸範圍為芯高-200500mm，芯寬=200500mm，芯厚^50150mm。4、如權利要求3所述的風冷式熱交換器性能資料庫的建立方法，其特徵在於所述的步驟(1)中8個芯體的尺寸為芯高二300mm，芯寬二300mm，芯厚=80mm。5、如權利要求1所述的風冷式熱交換器性能資料庫的建立方法，其特徵在於所述的步驟(3)中16個芯體的尺寸範圍為芯高二3001200mm，芯寬=3001200mm，芯厚-50150mm。6、如權利要求1所述的風冷式熱交換器性能資料庫的建立方法，其特徵在於所述的資料庫形式包括樣件圖紙、樣件照片、製作樣件類型塊、試驗數據原始記錄和資料庫圖表中的任何一種或多種。7、如權利要求6所述的風冷式熱交換器性能資料庫的建立方法，其特徵在於所述的樣件照片包括熱交換器、芯體、散熱帶和紊流片。8、如權利要求6所述的風冷式熱交換器性能資料庫的建立方法，其特徵在於所述的資料庫圖表包括a.熱側進口溫度與冷側進口溫度溫差減小l(TC時換熱量vs熱側流量的圖表，換熱量vs冷側流量的圖表；b.熱側進口溫度與冷側進口溫度溫差保持不變時換熱量vs熱側流量的圖表，換熱量VS冷側流量的圖表；c.熱側進口溫度與冷側進口溫度溫差增大10'C時換熱量vs熱側流量的圖表，換熱量vs冷側流量的圖表。全文摘要本發明公開了一種適於風冷式熱交換器建立性能資料庫的方法，它分成兩部分，第一部分是針對熱風冷式交換器波浪形散熱帶高度、散熱帶截面形狀、散熱帶齒距、散熱帶波高、紊流片形式、紊流片翅高、紊流片齒距等因素進行分析，通過DOE方法進行最少次數的篩選，從而確定最佳散熱帶與紊流片的芯體組合結構。第二部分是針對該最優化結構，對具有不同尺寸芯體的熱交換器進行風洞測試，建立性能資料庫。本發明通過較少的測試量和熱交換器樣件數，就可以建立相對完整的性能資料庫，據此可以高精度地預測同種結構的不同芯體尺寸的熱交換器在不同流量下的熱交換性能及阻力特性，建庫周期短、投入少，預測準確度高，開發成本低。文檔編號G06F17/30GK101324907SQ20071007075公開日2008年12月17日申請日期2007年8月14日優先權日2007年8月14日發明者陸國棟申請人:浙江銀輪機械股份有限公司