[发明专利]一种基于动态像素粒度的板翅式换热器芯体结构优化方法

说明书

技术领域

本发明板翅式换热器芯体结构优化方法，尤其是涉及一种基于动态像素粒度的板翅式换热器芯体结构优化方法。

背景技术

板翅式换热器相比于管式换热器等传统换热器，具有传热效率高、温差控制性好、结构紧凑、性价比高、适应广泛、可靠性高等特点，采用钎焊制造，提高换热的耐压强度，可用于多股流体换热、多种介质之间的换热，在空气分离设备、航空航天、石油化工、原子能和国防工业等领域具有广泛应用。板翅式换热器以翅片为换热单元，传热系数和传热面积均优于管式换热器。在传递相同热量的情况下，板翅式换热器因为翅片厚度小、结构紧凑，故其重量比管壳式换热器轻。由于这些优点，板翅式换热器本发明的背景技术为：

板翅式换热器结构复杂，是实现冷凝、液化、蒸发等热量交换的装备，具有小温差不稳定传热、二次传热、允许阻力小、多股流物性变化激烈的显著特点。板翅式换热器由翅片、隔板、封条、封头和导流片组成，其结构核心为板束，包括多个由翅片、导流片放入两个隔板(复合板)间再配合封条组成的通道。翅片放置在复合板间，并用封条固定，芯体在真空炉中钎焊，两端焊接封头。板翅式换热器的芯体是由多个冷、热流体通道钎焊叠置而成的，传统的换热器芯体结构设计方法是试凑法，即先选定换热面、冷却介质和流动方式，然后多次假定几何尺寸进行试算，直至得到一个满足所有约束条件的换热器。随着换热器热流率的增大，已有结构设计方法难以解决换热器芯体通道负荷不均、换热效率下降、结构设计困难等问题。

近年来随着智能算法的广泛应用，已经有学者将智能算法应用于换热器设计中。美国阿拉巴马大学NAJAFI等采用遗传算法研究了板翅换热器翅片结构对换热器性能的影响。德国汉堡联邦国防军大学ROETZEL等研究了考虑双曲散布模型的换热器中流体不均匀性问题，计算非均匀流动时，管壳式换热器中轴向温度分布。法国波城工艺工程实验室RENEAUME等研究了板翅换热器优化方法，给出求解板翅换热器性能的连续型公式。已有的换热器结构优化设计方法，存在局部寻优能力强而全局搜索能力差、易出现早熟收敛现象等缺点，设计精度难以满足需求。

芯体是板翅式换热器的核心部分和关键换热部分，占换热器绝大部分的重量和体积；传热过程主要依靠翅片完成，同时翅片又会对流体的流动产生阻力，所以翅片的类型和尺寸也是影响换热器性能的主要因素，故本发明重点针对芯体与翅片结构进行优化设计。

发明内容

为了克服背景技术中的不足，本发明的目的在于提供一种基于动态像素粒度的板翅式换热器芯体结构优化方法。该方法在基本粒子群算法的基础上，通过引入动态更新像素粒度、自适应地计算交叉和变异操作概率，建立改进的粒子群算法。将该算法应用于求解以芯体的总重量最小为目标的板翅式换热器芯体结构优化设计中，得出结构设计参数的最优解。

本发明采用的技术方案的步骤如下：

1)确定需要优化的板翅式换热器的主要性能要求及流体的物性参数；

2)确定芯体结构优化变量及其约束条件，即确定结构优化变量向量X表现型和问题的解空间；芯体的一组优化变量表示如下：

X＝{x₁,x₂,x₃,…,x_k}

式中，x_i表示优化变量向量中的一项优化量，k表示优化变量总数；

3)根据第2)步骤取得的优化变量及其约束条件建立优化模型，确定出目标函数的类型及其数学描述形式或量化方法，也就是最终的最优解；建立优化模型用公式描述如下：

求解：f(x₁,x₂,x₃,…,x_k)

目标：minf(x₁,x₂,x₃,…,x_k)

约束：g(x₁,x₂,x₃,…,x_k)≤0

h(x₁,x₂,x₃,…,x_k)＝0