[发明专利]一种印刷电路板式换热器压降及分流均匀性数值计算方法

说明书

本发明公开了一种印刷电路板式换热器压降及分流均匀性数值计算方法，该方法计算对象结构包括换热器芯体、冷热侧接口腔体，其中芯体采用一次侧、二次侧板交替布置；该方法基于芯体结构与流道尺寸，建立换热器流动阻力多级模型，结合沿程阻力与局部阻力公式，建立各级压降计算芯体各流道内速度分布，最终得到工质经过换热器芯体的整体压降及各流道内流量相对均匀性；本发明提供了完整有效的的印刷电路板式换热器压降及分流均匀性数值计算方法，对换热器芯体最关心的压降及分流均匀性给出了直接计算方法与数值结果，极大的降低了设计成本，提升了设计效率。

技术领域

本发明涉及印刷电路板式换热器技术领域，具体涉及一种印刷电路板式换热器压降及分流均匀性数值计算方法。

背景技术

印刷电路板式换热器是一种高效、紧凑式换热器，其换热器芯体由布置着密集小尺寸流道的换热板叠加组成，一次侧换热板与二次侧换热板交替布置，构成各自独立的换热区域。这种结构使换热器具有换热效率高、耐高温、耐高压等优点，在深海浮式液化、核电、火电等领域有广泛的应用。

在此背景下，近些年来针对印刷电路板式换热器的设计与分析方法受到了广泛关注，其中换热器的压降和分流均匀性是换热器流体性能的目标参数，是换热器在设计过程中必须进行评估的项目。但针对这种类型换热器的压降和分流均匀性并没有足够有效的计算方法，在压降计算时没有成熟的计算模型，且由于换热器芯体通道数量巨大，难以进行完整的有限元分析，因此通常参考流动阻力经验公式或多孔介质模型等效计算流体动力学模型进行整体压降估算，但整体模型的压降计算较为粗略，无法考虑各个流道的分流和均匀性，进而给换热器换热性能计算时带来误差，影响换热器整体安全性，而多孔介质模型等效计算流体动力学模型需要消耗大量的计算资源，缺乏经济性和高效性。

发明内容

为解决上述问题，在实现压降、分流均匀性计算精度的前提下，保证计算的经济性和高效性，本发明提供了一种印刷电路板式换热器压降及分流均匀性数值计算方法，从换热器结构出发，创新性的提出了针对印刷电路板式换热器的流动阻力多级模型，对换热器结构进行基于流动阻力的多级建模，并对各级阻力给出了数值计算公式，提出了各流道内流动速度的方程组，实现压降和流场均匀性数值计算的实时性、流程化、模块化。

为了达到上述目的，本发明采用的具体技术方案如下：

一种印刷电路板式换热器压降及分流均匀性数值计算方法，根据换热器结构建立流动阻力多级模型，采用沿程阻力与局部阻力公式计算各管道多级压降，并根据各管道压降在多级模型中的分布计算芯体各流道内速度分布，最终得到工质经过换热器芯体的整体压降及各流道内流量相对均匀性；

该方法计算对象换热器结构包括一次侧换热板1、二次侧换热板2、上盖板3、下盖板4、一次侧入口5、一次侧出口6、二次侧入口7及二次侧出口8；其中一次侧换热板1与二次侧换热板2交替布置，形成叠加方向周期性变化的温度分布，一次侧入口5及一次侧出口6采用对称设计作为一次侧压力边界，二次侧入口7及二次侧出口8采用对称设计作为二次侧压力边界；一次侧换热板1与二次侧换热板2采用半圆形流道；

进行计算时，需已知或能够初步获得以下物性参数：换热器所选结构材料及物性，一次侧与二次侧流体工质设计压力P、一次侧与二次侧流体工质流量Q、一次侧与二次侧流体工质进口温度T₀、一次侧与二次侧流体工质出口温度T_∞；

进行计算时，需已知或能够初步获得以下换热器结构参数：一次侧与二次侧换热板厚度H，一次侧与二次侧换热板流道长度D，一次侧与二次侧流道数N，一次侧与二次侧流道半径r，一次侧与二次侧流道间距d，一次侧与二次侧的换热板层数C，一次侧与二次侧入口管道半径R₀，一次侧与二次侧出口管道半径R_∞，一次侧与二次侧入口管道长度I₀，一次侧与二次侧出口管道长度I_∞，一次侧与二次侧入口腔体长度L₀，一次侧与二次侧出口腔体长度L_∞；