[发明专利]超临界流体换热器通道结构的优化设计方法

权利要求书

1.一种超临界流体换热器通道结构的优化设计方法，其特征在于，所述优化设计方法包括：

构建换热器通道结构模型，所述换热器通道结构模型包括多个换热通道，流体流进不同的所述换热通道内；

建立所述换热器通道几何结构的数学模型，将所述换热通道沿所述流体流动的方向划分为n个微元段，并计算每个所述微元段的换热面积dA；

针对每个所述微元段建立所述流动换热的控制方程；

每个所述换热通道在水平面上的投影面积均为定值A，以及，所述流体进入所述换热通道的进口参数相同，

根据建立的所述控制方程，计算每个所述微元段的热力参数，进而获得整个所述换热通道的综合性能参数；

改变所述换热通道的几何参数，建立相应的数学模型和控制方程，以获得所述换热通道的综合性能参数；

每个所述综合性能参数相互比较，选择所述综合性能参数最大值对应的所述换热通道结构作为最终的换热器通道结构；

所述换热器通道结构模型包括多个，每个所述换热器通道结构模型中的所述换热通道的长度L相等、通道深度d相等，每个所述换热通道的两端分别形成有第一端口和第二端口，不同所述换热器通道结构模型中的所述换热通道的所述第一端口的宽度a不相等、所述第二端口的宽度b不相等，

其中，所述流包括冷流体和热流体，所述冷流体从所述第二端口进入所述换热通道以使所述换热通道构成冷流体通道，所述热流体从所述第一端口进入所述换热通道以使所述换热通道构成热流体通道，所述冷流体通道与所述热流体通道交替排布，且所述冷流体通道和所述热流体通道之间的厚度δ均匀；

所述第一端口的宽度a和所述第二端口的宽度b不相等时，所述换热通道形成为渐扩或渐缩的通道，根据所述换热通道的结构建立二维xy直角坐标系，以计算所述换热通道内每个所述微元段的第一宽度y₁和第二宽度y₂，其中，所述第一宽度y₁和所述第二宽度y₂分别满足：

式中，x表示所述微元段的长度，0xL；

根据每个所述微元段的所述第一宽度y₁和所述第二宽度y₂，计算每个所述微元段的换热面积dA，所述换热面积dA满足：

式中，dx表示每个所述微元段的长度。

2.根据权利要求1所述的超临界流体换热器通道结构的优化设计方法，其特征在于，所述第一端口的宽度a范围为：0～0.6mm，所述第二端口的宽度b范围为：0～0.6mm。

3.根据权利要求1所述的超临界流体换热器通道结构的优化设计方法，其特征在于，所述进口参数包括：进口温度T_in、进口压力P_in和进口流量q_m。

4.根据权利要求1所述的超临界流体换热器通道结构的优化设计方法，其特征在于，所述热力参数包括：热流密度、流速和所述冷流体与所述热流体的对流换热系数h_i。

5.根据权利要求4所述的超临界流体换热器通道结构的优化设计方法，其特征在于，计算每个所述微元段内所述冷流体或所述热流体的摩擦压降ΔP_i。

6.根据权利要求5所述的超临界流体换热器通道结构的优化设计方法，其特征在于，计算每个所述换热通道的压降ΔP和平均对流换热系数h_ave，以得出每个所述换热通道换热的所述综合性能参数

7.根据权利要求1所述的超临界流体换热器通道结构的优化设计方法，其特征在于，

计算每个所述换热通道换热的综合性能参数后，

若相邻两个所述换热通道内流动不同的物态流体时，以变化大的所述物态流体流过的所述换热通道的所述综合性能参数为评判依据，

若相邻两个所述换热通道内流动相同的物态流体时，采用综合考评的方法，以计算所述换热通道结构的最优值。

8.根据权利要求1所述的超临界流体换热器通道结构的优化设计方法，其特征在于，在所述换热器通道结构模型中，多个所述换热通道呈多行多列分布，且处于同一行或列的所述换热通道内流动所述热流体或者所述冷流体。