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龙图腾网获悉南京工业大学申请的专利紧凑型管式换热结构传热特性的快速计算方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN115618570B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-07-22发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202211158626.6，技术领域涉及：G06F30/20；该发明授权紧凑型管式换热结构传热特性的快速计算方法是由李娜;段振宇;陈胥衡;何赣鹏;周鑫设计研发完成，并于2022-09-22向国家知识产权局提交的专利申请。

本紧凑型管式换热结构传热特性的快速计算方法在说明书摘要公布了：本发明公开了一种紧凑型管式换热器传热特性的快速计算分析方法，步骤为：步骤1，基于对流传热基本理论，以及紧凑型管式换热结构的几何特征，建立换热结构壳侧传热系数的数学模型；步骤2，基于对流传热基本理论，建立换热结构管侧传热系数的数学模型；步骤3，基于多孔介质理论，以及体积平均假设，建立紧凑型管式换热结构稳态对流传热的准三维数学模型；步骤4，基于上述步骤所建立的数学模型进行温度场计算求解。本发明能够快速计算分析不同空间排布和几何参数条件下紧凑型管式换热结构的传热特性，特别是能够获得换热结构的冷、热流体介质的温度场分布情况，同时能够预测影响传热特性的影响因素及其影响规律。

本发明授权紧凑型管式换热结构传热特性的快速计算方法在权利要求书中公布了：1.一种针对紧凑型管式换热器传热特性的快速计算方法，其特征在于：包括如下步骤： 步骤1，基于对流传热基本理论，以及紧凑型管式换热结构的几何特征，建立换热结构壳侧传热系数的数学模型； 具体包括如下步骤： 步骤11，壳侧定性温度采用壳侧流体进、出管束的平均温度： 其中，t1′为入口处热流体的温度，t1″为出口处热流体的温度，下标m表示平均，下标1表示壳侧的变量； 步骤12，壳侧流体雷诺数描述为： 管束最小截面处的流速描述为： 这里下标o表示壳侧，do为换热管外径，uo为热流体流速，S1和S2分别为叉排管束的横向节距、纵向节距，νo为流体在壳侧定性温度下的运动黏度； 步骤13，对于流体横掠过叉排管束的传热，选取努塞尔数计算关系式： 其中，Prfo为壳侧流体普朗特数，Prwo为壳侧近壁区流体普朗特数； 步骤14，基于对流传热基本理论，壳侧传热系数为： 其中，λo为壳侧定性温度下的壳侧流体导热系数，do为换热管外径，Nuo为定性温度下的壳侧努塞尔数； 基于壳侧传热系数核算管壁温tw＝tm1-qho，其中q为热流密度； 步骤2，基于对流传热基本理论，建立换热结构管侧传热系数的数学模型； 具体包括如下步骤： 步骤21，管侧定性温度采用管侧流体进、出口的平均温度： 其中，t2′,t2″分别为管内流体的进、出口温度； 步骤22，管侧流体的雷诺数描述为： 其中，下标i表示管侧，di为换热管内径，νi为管侧定性温度下的管内流体运动黏度，ui为管内流体流速； 步骤23，对于管侧层流流动传热，选取Sieder和Tate提出的实验关联式： 对于管内湍流传热，参考格尼林斯公式得到努塞尔数关系式： 其中，Pri为管侧流体普朗特数，di和l分别为管直径和管长，fi为管内湍流流动的达西阻力系数： fi＝1.81lgRei-1.5-29 步骤24，基于对流传热基本理论，换热结构管侧传热系数描述为 λi为管侧定性温度下的管内流体导热系数，di为换热管内径，Nui为定性温度下的努塞尔数； 步骤3，基于多孔介质理论，以及体积平均假设，建立紧凑型管式换热结构稳态对流传热的准三维数学模型； 具体包括如下步骤： 步骤31，建立等价的交错微通道结构，气流1流动方向平行于x1，气流2流动方向平行于x2，气流1与气流2通过微通道同时与相邻通道进行热量交换；由于管的实际壁厚较薄，管壁热阻忽略不计，且当受迫对流换热为主要换热过程时忽略热扩散项，应用体积平均方法建立微结构中温度控制方程为： 式中，ρ和Cp分别为流体的密度和定压比热容，u为流道内平均速度，hfs为对流换热系数，Afs和ε分别为多孔介质模型的面积比率和孔隙率，T为流体温度，下标1和下标2分别表示流体1和流体2； 步骤32，对步骤31中式11a和式11b进行积分，获得积分方程为 ε1ρ1Cp1u1T1+hfs1AfsT1-T2x1＝C112a 1-ε1ρ2Cp2u2T2-hfs2AfsT1-T2x2＝C212b 步骤33，将边值条件x1＝0，T1＝T10和x2＝0，T2＝T20代入步骤32中式12a和式12b，获得系数C1＝ε1ρ1Cp1u1T10和C2＝1-ε1ρ2Cp2u2T20，将常数C1和C2分别代回式12，并进行代数推导，获得流体1和流体2温度分布的解析解： 步骤4，基于上述步骤1至步骤3所建立的数学模型进行温度场计算求解。

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