[发明专利]一种超临界压力流体换热器制备方法及系统

说明书

本发明涉及一种超临界压力流体换热器制备方法及系统。该制备方法包括：获取超临界压力流体换热器的边界条件；基于边界条件，调整换热器初步框架；基于换热器初步框架，沿流体流动方向划分每一个流体通道，并对每一个划分后的流体通道建立热平衡控制模型；基于热平衡控制模型，结合高斯回归过程以及协同克里金方法构建机器传热模型；根据机器传热模型确定流体通道内工质流动传热的沿程热力参数；根据沿程热力参数确定换热器面积；判断换热面积是否达到换热面积标准，若是，根据换热器初步框架制备超临界压力流体换热器；若否，重新调整换热器初步框架，直至换热面积达到换热面积标准。本发明能够提高超临界压力流体换热器的换热器性能。

技术领域

本发明涉及超临界压力流体换热器制备领域，特别是涉及一种超临界压力流体换热器制备方法及系统。

背景技术

超临界CO₂布雷顿循环是以超临界压力CO₂为工质的布雷顿循环，与传统循环相比具有压缩耗功低、总体效率高、结构紧凑的优势，作为其主要工质的超临界压力CO₂具有密度较高、粘度低、扩散性和渗透性强等特点，因此超临界CO₂布雷顿循环在航空发动机、第四代核反应堆和太阳能热发电等领域具有广阔的发展前景。由于循环中压缩机进口处CO₂状态接近临界状态，其显著的变物性现象导致了其对流换热规律极为复杂,因此对换热器内部流动与换热规律的研究十分必要。

一种较为可行的用于超临界CO₂布雷顿循环的换热器类型是印刷电路板换热器(PCHE)。PCHE的制造是通过在金属基板上刻出凹槽作为冷热流体流道，再将冷热基板交替堆叠并通过扩散结合技术将基板焊接成型。与传统换热器相比，PCHE具有强度和完整性更好，能耐高温、高压、大温差等恶劣条件的优点。

目前较为常见的PCHE设计计算方法为采用对数平均温差法的基于换热器进出口参数的整体设计方法。主要内容为：在确定换热器流动形式后，由给定的换热量和冷热侧进出口温度中的三个温度，按热平衡确定第四个温度值，并计算对数平均温差。以进出口温度平均值作为冷热侧流体的温度值，确定平均物性参数后由关联式计算平均努塞尔数和换热系数，并据此确定换热器换热面积、通道长度等结构参数。基于进出口参数平均值的整体设计方法往往设计结果较为粗糙，且难以反映流道内局部对流换热性能。

为了解决此问题，可将换热器流道计算区域离散化，按与平均方法类似的过程进行计算并迭代，能够得到通道沿程的局部对流换热系数。然而，一方面由于超临界压力流体的变物性特征，采用未考虑物性变化的关联式得到的结果往往精确度较低；另一方面，随着换热器通道尺寸的减小，热加速现象对换热影响显著增强，此时已有关联式的预测精度降低，对计算结果的准确性和可靠性影响较大。此外，对于复杂工况，构建关联式往往需要100个甚至更多数据点，而获取大量高精度数据点较为困难，成本也十分高昂。

发明内容

本发明的目的是提供一种超临界压力流体换热器制备方法及系统，以解决现有的超临界压力流体换热器制备过程中，构建关联式获取大量高精度数据点困难，从而导致预测的换热器的结构参数精度低，进而导致制备的换热器性能差的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种超临界压力流体换热器制备方法，所述超临界压力流体换热器的热流体通道内设有第一工质，所述超临界压力流体换热器的冷流体通道内设有第二工质，包括：

获取超临界压力流体换热器的边界条件；所述边界条件包括第一工质参数以及第二工质参数；所述第一工质参数包括所述第一工质参数的进口温度、出口温度、压力和流量；所述第二工质参数包括所述第二工质的进口温度、出口温度、压力和流量；

基于所述边界条件，调整换热器初步框架；所述换热器初步框架包括换热器的通道当量直径、通道长度、通道数量、冷流体通道排布方式和热流体通道排布方式；