[发明专利]一种适用于电弧风洞的冷却器结构优化方法

说明书

一种适用于电弧风洞的冷却器结构优化方法，通过下述方式实现：(1)针对当前待优化冷却器结构，建立冷却器结构分析模型；(2)采用工程计算方法计算上述冷却器结构分析模型，确定当前冷却器结构的换热量；判断换热量是否满足设计要求，若不满足，则返回步骤(1)，重新建立冷却器结构分析模型，若满足，则转步骤(3)；(3)针对当前冷却器结构分析模型计算冷却器的流动阻力，判断流动阻力是否满足设计要求，若不满足，则返回步骤(1)，重新建立冷却器结构分析模型；否则，当前冷却器结构为满足设计要求。

技术领域

本发明涉及一种适用于电弧风洞的冷却器结构优化方法。

背景技术

冷却器是现代工业生产中热量交换和传递必不可缺的设备。冷却器是将热量从高温流体传递到低温流体，实现不同温度流体之间的热能传递，从而满足一定工艺要求的装置。

在电弧风洞中，冷却器主要功能是将扩压段流出的高温气体通过对流换热的方式，将电弧风洞加热的高温气体(大于5000K)降到300K～400K左右，然后通过排气管道进入真空系统。冷却器的换热效率会直接影响电弧风洞的运行时间，在真空罐容积一定的条件下，从冷却器内流出的气体温度越低，充满真空罐需要的时间越长，风洞运行的时间就越长，因此在具体设计过程中要充分考虑气体流量的情况。在电弧风洞设计中，冷却器的气流压力损失是一个重要的指标：压力损失过大，将会导致风洞不能启动，风洞无法工作；片面追求过小的压力损失，意味着换热管的间距非常大，导致换热器的体积非常大，带来结构设计、机械加工、成本费用等一系列的问题。因此深入研究冷却器的问题对于电弧风洞具有重要的应用价值。

随着冷却设备技术的进步，其种类越来越多，也对结构优化提出了新的要求。因此，如何快速准确地掌握其结构优化原理，并优化冷却设备就显得至关重要。冷却能力计算是优化冷却器的基础，但冷却器能力的计算比较复杂和繁琐，需要进行多次计算及调整，才能达到令人满意的结果。因此，设计相应的优化计算方法并开发相应的辅助计算软件显得非常必要。现采用迭代计算的方法，开发冷却器的结构优化计算程序，可使冷却器结构优化过程更加简化，提高了设计质量。不仅节省计算时间，而且提高设计优化精度，使得更快更合理地优化改造冷却器成为了可能。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有的优化方法的不足，提供一种电弧风洞冷却器的设计优化计算方法，将高温气体快速冷却，要求温度电弧风洞加热的高温气体(大于5000K)降到300K～400K左右，在保证冷却的过程中，尽量减小压降以保证风洞的启动和运行时间。该方法时间短、效率高、覆盖全面，能够用于电弧风洞高温气体冷却器的结构优化。

本发明的技术解决方案是：一种适用于电弧风洞的冷却器结构优化方法，通过下述方式实现：

(1)针对当前待优化冷却器结构，建立冷却器结构分析模型；

(2)采用工程计算方法计算上述冷却器结构分析模型，确定当前冷却器结构的换热量；判断换热量是否满足设计要求，若不满足，则返回步骤(1)，重新建立冷却器结构分析模型，若满足，则转步骤(3)；

(3)针对当前冷却器结构分析模型计算冷却器的流动阻力，判断流动阻力是否满足设计要求，若不满足，则返回步骤(1)，重新建立冷却器结构分析模型；否则，当前冷却器结构为满足设计要求。

优选的，根据当前电弧风洞的设备尺寸要求，将目前所有的冷却器结构均按照步骤(1)-(3)进行优化，最后根据每种结构的换热量及流动阻力进行综合分析，确定最终的冷却器结构。

优选的，所述的确定当前冷却器结构的换热量通过下述方式确定：

(2.1)设定当期冷却器结构中冷流体和热流体的入口温度；

(2.2)确定当前冷却器结构的传热表面几何特性；

(2.3)根据平均温度来计算冷流体和热流体的物性参数，进行传热特性计算，确定冷流体和热流体出口温度；