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龙图腾网获悉西安交通大学申请的专利考虑隔板和翅片轴向导热效应的板翅式换热器的校核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：CN115270657B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-09-30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：202210897953.7，技术领域涉及：G06F30/28；该发明授权考虑隔板和翅片轴向导热效应的板翅式换热器的校核方法是由李科;文键;厉彦忠;王斯民设计研发完成，并于2022-07-28向国家知识产权局提交的专利申请。

本考虑隔板和翅片轴向导热效应的板翅式换热器的校核方法在说明书摘要公布了：一种考虑隔板和翅片轴向导热效应的板翅式换热器的校核方法，先给定参数，再进行模型简化及初始化，然后进行物性拟合，再计算压力场分布，然后进行翅片、隔板温度场的计算，再进行流体温度场的计算，然后进行温度残差的判断，将计算出来的结果用于板翅式换热器的设计；本发明考虑了逆流板翅式换热器隔板和翅片中的轴向导热效应，适用于通道中为平直翅片或者小孔隙率打孔翅片的低温逆流板翅式换热器的精确计算，降低了换热器设计的成本和周期。

本发明授权考虑隔板和翅片轴向导热效应的板翅式换热器的校核方法在权利要求书中公布了：1.一种考虑隔板和翅片轴向导热效应的板翅式换热器的校核方法，其特征在于，包括以下步骤： 1给定参数：选取一个多股流板翅式换热器，若采用打孔翅片通道，参数包括翅高hi，翅距si，翅厚ti，孔隙率φi，若采用平直翅片通道，则参数包括翅高hi，翅距si，翅厚ti，其中i是每一层翅片通道的编号，多股流体的入口温度、流量、入口压力，多股流体通道的排布编码； 2模型简化及初始化：假设每层中的流体沿着z方向均匀分布，那么把翅片和隔板的表面换热面积集中至二维平面内，设置了n层翅片通道和n+1层隔板，在流道中只画出了流体温度节点，由流体温度节点Tfl,i,k和Tfl,i,k+1所定义的流体单元，与该流体单元相邻的隔板单元分别由隔板中的温度节点Tw,i,k和Tw,i+1,k所表征，将所有的翅片换热面积集中至二维平面内，得到翅片二维导热方程： 式中的λ是隔板中的导热系数，取固定值，或写成λi,k，此种写法表明导热系数随着定性温度的变化而变化，不同的流体单元中取不同的流体定性温度；Ax是翅片沿着x方向的导热截面积，即相当于是把所有的翅片集中在平面内，然后求得沿着x方向的截面积；Ay是翅片沿着y方向的导热截面积；S是导热方程中的源项，代表了某个翅片单元从流体中获得的热量； 引入假设：a.只考虑流体、翅片和隔板固体域，其它的附带结构忽略；b.忽略换热器的漏热损失；c.换热器处于稳态；d.忽略流体中的导热项，只考虑对流项；e.流体在翅片通道中均匀分布； 流体通道中的流体温度节点初始化为该层流体通道的入口温度，而每一个隔板单元的初始温度给定为相邻的流体单元中的平均温度，在每一个流体单元所包含的翅片中，沿着翅高布置多个温度节点，初始化为该流体单元相邻的两个隔板温度节点的平均值； 3物性拟合：先预估各股流体所处的温度压力区间，调用nist数据库对各股流体的物性进行拟合，将密度与温度和压力的关系拟合在样条曲面上，将比热、动力黏度和导热系数的其它物性参数与温度的关系拟合在样条曲线上，将拟合好的样条曲面和样条曲线参数加载在内存中，以备调用； 4压力场分布的计算：每一个流体单元中的压力降的计算公式是： 此式右边的第一项是摩擦压降，第二项是密度变化导致的压降；式中：Gi是每层翅片通道中流体的质量流速，L是换热器芯体沿着流动方向的长度，N是换热器沿着流动方向布置的流体单元的数量，Di是板翅式换热器的当量直径，下标i是层的编号，f是摩擦因子，ρ是密度,摩擦因子和密度根据所在流体单元中的定性压力和定性温度来计算，是由流体温度节点Tfl,i,k和Tfl,i,k+1所定义的流体单元的温度，即该流体单元的定性温度： 计算该流体单元中的物性，进而计算其雷诺数Re： 式中μi,k是动力粘度； 进而采用关联式来计算其中的f因子； 定性温度是根据前一个外迭代轮次所确定的温度场计算出来的，通过式2计算出每一个流体单元中的压力降，进而从入口开始逐点确定所有流体通道中的压力场的分布，相当于更新一次压力场，此时判断一次压力场的残差，即新计算得到的压力场与前一个内迭代步计算得到的压力场分布进行比较，若不满足收敛性条件，则继续采用式2更新压力场，反之，则进入步骤5,后面的步骤凡涉及到物性的计算，都采用步骤4所确定的最新的压力场分布作为各个流体单元的定性压力； 5翅片、隔板温度场的计算： 对式1进行离散化得到求解翅片温度场分布的方程组： 式中：TP是所选取的翅片中的某个节点，那么与该点相邻的四个点分别是TS,TN,TW,TE；S是south，N是north，W是west，E是east；λSP代表了温度节点TS和TP的交界面上的导热系数，对于均匀网格来说，界面上的导热系数是： 式中的λP和λS是根据节点温度值TP和TS所确定的，假定固体导热系数仅是温度的函数； 式7中的Wfin,i是第i层通道中的翅片有效宽度，简化模型是把翅片沿着z方向压缩至平面，Wfin,i满足si和ti是第i层翅片通道中的翅距和翅厚；式7中的Δlx是所划分的流体单元沿着x方向的长度，而Δhy是沿着翅高方向划分网格的长度；式7中左边的最后一项代表翅片固体域中由P点所代表的翅片单元的换热源项，即该翅片单元表面与流体之间的换热量，As,i是沿着x方向的单位长度的二次换热面积，计算方法是nfin,i是沿着翅高方向所布置的节点数量，若每层翅片通道中沿着翅高方向布置的节点数量相同，则可去掉下标i，表示为nfin，hc是对流换热系数； 翅片中的某个温度节点通过Ti,ii,k来索引，其中第一个下标i是层编号，下标ii,k是第i层中的翅片节点的编号，在第i层中，ii的取值范围是i‑1×nfin+1≤ii≤i×nfin；将式7进一步细化推导得到计算翅片节点温度值Ti,ii,k，以影响系数形式表达的方程组： i‑1×nfin+1＜iii×nfin,1≤k≤N式中影响系数的计算方法是： Ai,ii,k＝Ai,ii,k‑1+Ai,ii,k+1+Ai,ii‑1,k+Ai,ii+1,k+Afl,i,k10式中的λi,ii,k‑1‑k代表翅片中的温度节点Ti,ii,k‑1和Ti,ii,k的界面上的导热系数，λi,ii‑1‑ii,k代表翅片中的温度节点Ti,ii‑1,k和Ti,ii,k的界面上的导热系数，若取固定的导热系数，则直接写为λ； 式9中的影响系数在给定的范围内才能采用式10所示的计算方法，若ii＝i‑1×nfin+1,式9的形式为： ii＝i‑1×nfin+1,1≤k≤N式11中的Tw,i,k是隔板中的节点温度，它的影响系数的表达式是： 式中的是隔板温度节点Tw,i,k和翅片温度节点的界面上的导热系数； 若ii＝i×nfin,则式9的形式为： ii＝i×nfin,1≤k≤N式中除Aw,i+1,k之外的影响系数的表达式与10中的类似，而Aw,i+1,k的形式为： 是隔板温度节点Tw,i+1,k和翅片温度节点的界面上的导热系数； 在隔板中只布置一层节点，隔板中温度节点Tw,i,k所代表的隔板单元，与前后相邻的隔板单元换热，与相邻的翅片温度节点所在的翅片单元换热，与相邻的流体单元换热，据此推导得到计算隔板温度节点值的方程组： 式15中的影响系数的计算方法是： Asp,i,k＝Asp,i,k‑1+Aw,i,k+1+Afin,i‑1,k+Afin,i,k+Afl,i‑1,k+Afl,i,k16式中的W是板翅式换热器的宽度，tsp是隔板的厚度，Ab,i是板翅式换热器沿着x方向单位长度的一次换热面积，计算方法是是板翅式换热器的第i‑1层翅片通道中，隔板温度节点Tw,i,k与翅片温度节点界面上的导热系数； 式10、16中影响系数的表达式中包含有对流换热系数hc,i,k和hc,i‑1,k，计算对流换热系数需要先根据关联式来确定板翅式换热器的j因子； 当计算得到流体单元中的j因子，计算该流体单元中的对流换热系数： 式中，λfl是流体的导热系数，Pr是普朗特数，μ是动力黏度，下标i,k代表了流体温度节点Tfl,i,k和Tfl,i,k+1所表征的流体单元，确定这些流体物性的定性温度来源于前一个外迭代轮次所确定的温度场，定性压力取自步骤4所更新得到的压力场； 方程组9、11、13需要进行联立并迭代求解，求得隔板温度场和翅片温度场，求解此联立方程组的过程是整个外迭代轮次中的一个内迭代计算过程： 方程组9、11、13都归纳为方程组20的形式，其中的被归入b项,n0是内迭代轮次的标识符，在一个内迭代轮次中，从一边向另一边扫描，每次扫描到一条线，对该线上的所有温度节点进行联立求解，如方程组20所示，温度节点TE和TW采用了前一个内迭代步所确定的温度值；如此逐列推进，对所有翅片温度节点和隔板温度节点扫描后，就完成了一个内迭代步，更新了一次翅片和隔板温度场，计算一次温度场的残差： 式21是遍历翅片和隔板温度场中的每一个温度节点，ε为允许的温度残差，若不满足此收敛性条件，则继续根据式20更新翅片和隔板温度场，反之，则进入步骤6； 6流体温度场的计算：若翅片通道中的流体沿着+x方向流动，流体单元中的换热量满足能量守恒条件： cp,i,k+1miTfl,i,k+1‑cp,i,kmiTfl,i,k＝Qsp,i,k+Qfin,i,k      22式中的cp,i,k+1是根据流体的节点温度Tfl,i,k+1所确定的比热容，mi是第i层翅片通道中流体的流量，Qsp,i,k是第i层翅片通道中由流体温度节点Tfl,i,k和Tfl,i,k+1所定义的流体单元从相邻的隔板中获得的热量，Qfin,i,k是该流体单元从其所包围的翅片中获得的热量；Qsp,i,k的计算方法是： Qfin,i,k的计算方法是： 根据式22、23、24推导得到计算每一层翅片通道中流体温度场分布的方程组： Bfl,i,k+1Tfl,i.k+1＝Bw,i‑1,kTw,i‑1,k+Bw,i,kTw,i,k+Bfl,i,kTfl,i,k+Sfin,i,k    251≤i≤n,1≤k≤N式中的各项影响系数的计算方法是： Bw,i‑1,k＝Ab,ihc,i,kΔlxBw,i,k＝Ab,ihc,i,kΔlx若流体沿着‑x方向流动，流体单元能量守恒方程组的形式为： cp,i,kmiTfl,i,k‑cp,i,k+1miTfl,i,k+1＝Qsp,i,k+Qfin,i,k        27方程组27经推导得到类似方程组25的形式： Bfl,i,kTfl,i,k＝Bw,i‑1,kTw,i‑1,k+Bw,i,kTw,i,k+Bfl,i,k+1Tfl,i,k+1+Sfin,i,k     281≤i≤n,1≤k≤N式中的各项影响系数的计算方法是： Bw,i‑1,k＝Ab,ihc,i,kΔlxBw,i,k＝Ab,ihc,i,kΔlx方程组25、28沿着流动方向逐点步进计算求解； 7温度残差的判断：将步骤6计算得到的流体温度场与前一个外迭代轮次得到的流体温度场进行比较，计算流体温度场残差，取步骤5内迭代计算得到的翅片和隔板温度场与前一个外迭代轮次得到的翅片和隔板温度场进行比较，以此计算翅片隔板固体域的温度残差，取计算出来的两个温度残差的较大值作为外迭代轮次的温度残差；若外迭代轮次的温度残差满足收敛性条件，则输出计算结果，包括翅片、隔板和流体温度场分布，以及流体的压力场分布；若温度场残差不满足收敛性条件，则从步骤4开始进行新一轮的外迭代； 8将计算出来的结果用于板翅式换热器的设计。

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