[发明专利]一种航空换热器非设计点性能设计与分析方法

说明书

本发明涉及航空发动机技术领域，尤其涉及一种航空换热器非设计点性能设计与分析方法。本发明通过航空换热器复杂工作条件输入、两股流体流阻/换热特性分析、两股流体流阻/换热性能相对分布计算、两股流体换热性能相对关系定义、整体换热性能相对分布计算、全部非设计点换热需求相对分布计算和流阻/换热危险工况区域分析，实现了航空换热器复杂输入工况条件下的危险点筛选与非设计点性能分析，为航空换热器的多工况设计与性能评估提供新思路。

技术领域

本发明涉及航空发动机技术领域，尤其涉及一种航空换热器非设计点性能设计与分析方法。

背景技术

航空航天领域技术日益革新，近二十年来航空航天技术的发展向高空、高速和高效迈上了新的台阶。高空与高速将拓宽飞行器的工作区域，使得飞行工况的变化更为剧烈；高速将使飞行器处于更加恶劣的热环境，必须采用必要热防护或热管理手段，有效分配飞行器热载荷。在这样的背景下，换热器逐渐广泛应用于航空航天领域，是飞行器能量系统内完成质能输运的关键部件。

针对航空航天领域换热器的宽工作范围、高温高压等特点，换热器的设计与性能计算方法有必要进行相应的改进。传统的换热器设计与分析方法是，在确定换热器设计点的前提下，完成换热器设计点的结构设计，然后校核该换热器在其余非设计工况下的流动换热性能。在一般流程中，换热器设计点的选取往往与发动机的主要工作点一致(最大热负荷工况、最小气动工况或巡航工况)。而换热器的流阻/换热危险工况与换热器结构、内外侧换热性能等因素相关，且往往与发动机主要工作点不重合。所以，传统方法所设计的换热器往往会无法应用于所有工况，传热性能或流阻性能无法同时满足所有非设计点，这将给应用于全飞行工况的航空换热器的设计与非设计点性能评估带来严重的困难。

发明内容

针对背景技术中存在的问题，提出一种航空换热器非设计点性能设计与分析方法。本发明通过航空换热器复杂工作条件输入、两股流体流阻/换热特性分析、两股流体流阻/换热性能相对分布计算、两股流体换热性能相对关系定义、整体换热性能相对分布计算、全部非设计点换热需求相对分布计算和流阻/换热危险工况区域分析，实现了航空换热器复杂输入工况条件下的危险点筛选与非设计点性能分析，为航空换热器的多工况设计与性能评估提供新思路。

本发明提出一种航空换热器非设计点性能设计与分析方法，方法步骤如下：

S1、航空换热器复杂工作条件输入：为本方法的输入条件，获取航空换热器在飞行包线内的工况参数边界；

S2、两股流体流阻/换热特性分析：在多种换热结构的流动换热特性数据库的基础之上，分析间壁式换热器两侧流体流动换热特性；

S3、两股流体流阻/换热性能相对分布计算：在不考虑换热器结构参数的前提下，对流动参数与物性参数进行处理，获取流阻/换热性能相对值；

S4、两股流体换热性能相对关系定义：为引入两侧最大/最小对流换热系数比值，用以确定两侧换热强弱的相对关系；

S5、整体换热性能相对分布计算：在两股流体换热性能相对分布和换热性能相对强弱关系的基础上，计算换热器总传热系数的相对分布；

S6、全部非设计点换热需求相对分布计算：根据所输入的航空换热器复杂工作条件计算所有工况需求换热量与平均温差；

S7、流阻/换热危险工况区域分析：根据前述获得的流阻性能相对分布与整体换热性能相对分布，分别结构流阻限制与换热限制计算流阻/换热的相对危险程度。

优选的，两股流体流阻/换热特性分析和两股流体流阻/换热性能相对分布计算基于换热单元流动换热特性，提取无量纲数之间的次幂关系，将结构初步模糊处理。

优选的，两股流体换热性能相对关系定义根据两股流体流阻/换热性能相对分布计算结果，以特征点的比值作为两侧换热性能相对关系的无量纲参数。

优选的，特征点包括但不限于换热性能的最大值点和最小值点。