换热器及其模拟换热量的计算方法、仿真方法与流程

本发明涉及换热器，尤其涉及换热器的模拟换热量的计算方法，以及采用了该计算算法进行仿真模拟来计算换热量的仿真方法。

背景技术：

当前模拟仿真已经逐步走进空调行业，采用模拟仿真来代替实验验证可以节约实验的时间成本和硬件成本，因此是形势所趋，但是目前现有的制冷仿真软件因为模拟误差偏大导致其无法在产品开发过程中应用，只有将模拟仿真的模拟误差有效的控制在一定的范围内，模拟趋势才能够指导产品的设计，仿真软件才能大面积的应用。

因此，如何实现一种误差较小的换热器的模拟换热量的计算方法是业界亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

为了解决现有技术中如模拟换热量计算误差较大的技术问题，本发明提出了换热器及其模拟换热量的计算方法、仿真方法。

本发明提出的模拟换热量的计算方法，包括步骤：

将用于计算模拟换热量的数学模型分为风侧的数学模型和冷媒侧的数学模型；

分别对所述风侧的数学模型和冷媒侧的数学模型进行修正，直至所述风侧的数学模型和冷媒侧的数学模型的模拟误差在预设范围内；

通过汇总所述风侧的数学模型和冷媒侧的数学模型的模拟结果得到换热器的模拟换热量。

所述数学模型采用的公式包括杜克公式、马克关联式或丘吉尔关联式。

具体的，对所述风侧的数学模型和冷媒侧的数学模型进行修正包括：

查找影响风侧换热量计算的最大因子和影响冷媒侧换热量计算的最大因子；

对影响风侧换热量计算的最大因子进行修正得到风侧的换热系数，通过所述风侧的换热系数对风侧的数学模型进行修正；对影响冷媒侧换热量计算的最大因子进行修正得到冷媒侧的换热系数，通过所述冷媒侧的换热系数对冷媒侧的数学模型进行修正；

对修正后的风侧的数学模型和冷媒侧的数学模型进行校核；

判断两个所述数学模型的模拟误差是否均在预设范围内，若否，则重复上述全部或部分步骤进行修正直至所述误差均在预设范围内。

具体的，得到所述风侧的换热系数或者得到所述冷媒侧的换热系数具体包括：通过输入样本数据至标定软件内进行标定拟合得到所述风侧的换热系数或冷媒侧的换热系数。

优选的，通过未输入至标定软件内的样本数据对修正后的两个数学模型进行校核。

在本实施例中，所述风侧的换热系数包括换热阻力系数。所述冷媒侧的换热系数包括管内压降系数和管内换热系数。

优选的，将不同型号的换热器对应的风侧的换热系数和冷媒侧的换热系数存储至数据库。

本发明提出的换热器的仿真方法，采用上述技术方案中的模拟换热量的计算方法来根据所述换热器的型号提取对应的风侧的换热系数和冷媒侧的换热系数赋值至所述换热器的仿真模型完成模拟换热量的仿真运算。

本发明提出的换热器，采用上述技术方案中所述的仿真方法来计算模拟换热量。本发明的换热器可以为铜管翅片式换热器。

本发明通过将数学模型分为风侧和冷媒侧两个部分分别进行误差控制，从而有效的控制了空调系统中换热器的模拟误差，精确的模拟出换热器的压降与换热量，传统模拟仿真误差为±20%，本发明的方法可以将换热器换热量模拟误差控制在±3%以内，换热器压降误差控制在±7%以内，从而使得本领域的技术人员可以采用仿真软件为产品的研发设计提供指导方向。

附图说明

下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明，其中：

图1是本发明的方法流程图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的原理及实施例。

图1示出的是采用本发明来计算并应用换热器模拟换热量的流程图。本发明的模拟换热量的计算方法需要先选择对应的数学模型，然后将该数学模型分成两部分进行控制。本实施例中，我们采用的换热器的计算数学模型有空气侧的换热量计算公式、冷媒侧换热量计算公式、压降公式、两相流计算公式等，这些数学模型可采用的公式有很多，例如杜克公式、马克关联式、丘吉尔关联式等。本领域内的技术人员可以根据需要选择适用的公式，因此采用马克关联式作为所选择的公式。

具体的，本实施例将计算模拟换热量的数学模型分为风侧的数学模型和冷媒侧的数学模型，然后分别对风侧的数学模型和冷媒侧的数学模型进行修正，直至风侧的数学模型和冷媒侧的数学模型的模拟误差在预设范围内，例如模拟误差在[-3%,3%]这个区间内，然后通过汇总风侧的数学模型和冷媒侧的数学模型的模拟结果就可以得到换热器的模拟换热量。

以风侧的数学模型为例，我们首先要找到影响风侧换热量计算的最大因子，如何找到风侧换热量计算的最大因子或者如何找到冷媒侧换热量计算的最大因子是本领域的现有技术手段，找到影响模拟误差计算的关键参数（最大因子）及对应的影响结果，本发明的方法确定的控制因素及影响结果如下表所示：

由于数学模型涉及到的公式比较多，需要反复计算提出不必要的因子，例如需要根据风侧及冷媒侧的公式判定与换热量关系弱项（如冷媒流速等），根据风侧及冷媒侧公式判定与换热量关系强项（如换热阻力系数a,b,c等），从而确定我们需要修正的参数（即最大因子），去搭建专门的数据库存储这些换热系数，在进行实际模拟计算时根据型号的不同进行提取对应的换热系数赋值给仿真模型当中，即可有效的控制模拟误差。例如，对于风侧来说，通常风阻对其影响较大，因此，风侧的换热阻力将会成为最大因子，我们需要对影响该风侧换热量计算的最大因子进行修正得到风侧的换热系数，具体的，我们采用了专业的标定软件（如simcenteramesim）来得到这些换热系数，我们将一部分样本数据输入至标定软件中进行标定拟合来得到风侧的换热系数或者是冷媒侧的换热系数，通过风侧的换热系数对风侧的数学模型进行修正，通过冷媒侧的换热系数对冷媒侧的数学模型进行修正，然后再利用剩余的样本数据来对修正后的风侧的数学模型和冷媒侧的数学模型进行校核，若是模拟没有在预设范围内，则重复上述部分或全部步骤来对数学模型进行修正，例如，最大因子查找失误，则忽略将该最大因子对应的换热系数设置为定值，重新查找最大因子，或者样本数据的有效性存在问题，则更换样本数据来进行校核等等。本实施例中，最优的是采用全样本数据来进行标定拟合和校核。例如样本数据一共有30组，挑选15组标定拟合，剩下的15组用来校核，校核的方法是将得到的换热系数作为已知参数输入，得到相关能力、功率等参数，然后将这些参数与样本数据中对应的参数进行对比。

若是校核的模拟误差在[-3%,3%]这个区间内，即大于等于-3%且小于等于3%，则将该型号的换热器对应的风侧的换热系数和冷媒侧的换热系数存储至数据库，不同型号的换热器都通过上述方法来找到对应的风侧的换热系数和冷媒侧的换热系数并存储至数据库，例如若有100种规格的换热器则就要测试标定100组数据，填充与数据库中。

当本领域技术人员在对具体某个型号的换热器进行仿真时，通过仿真软件搭建仿真模型后，可以根据该换热器的型号提取对应的风侧的换热系数和冷媒侧的换热系数赋值至换热器的仿真模型内，从而快速完成模拟换热量的仿真运算，同时也确保了较小的误差。

本发明中换热器风侧的换热系数包括换热阻力系数，具体的有三个，分别为a、b、c。冷媒侧的换热系数则包括管内压降系数kdp和管内换热系数kheat。

本领域技术人员可以选择标定的样本数据数量和选择标定的参数，例如需要标定a、b、c、kdp、kheat这五个换热系数，如果校核时模拟误差较大在标定软件中将kheat设置为1，作为已知参数，然后标定其他四个换热系数，如果误差还大，就将kdp也设置为常数1，标定剩余的三个换热系数。

本发明还保护相应的换热器，该换热器采用了本发明对应的仿真方法来计算模拟换热量，例如铜管翅片式换热器等。

本发明还需要一些适当的假设条件，如不考虑相与相之间的滑移（液相和气相工质之间的流速一样）；相与相之间热力学平衡（液相和气相温度相等）；内部流动是一维流动方式（只考虑管道轴向变化，径向均匀）；不考虑重力影响；外部流动按照零维考虑（气体流量外部输入），这样我们可以有效的将换热器换热量模拟误差控制在±3%，换热器压降误差控制在±7%。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。