(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210776375.1 (22)申请日 2022.07.01 (71)申请人 江苏科技大学 地址 212008 江苏省镇江市京口区梦溪路2 号 (72)发明人 蒋庆峰　朱秋　陈育平　谷家扬　 陈智同　宋肖　沈妍　 (74)专利代理 机构 南京苏高专利商标事务所 (普通合伙) 32204 专利代理师 柏尚春 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 30/17(2020.01) G06F 111/04(2020.01) G06F 119/08(2020.01)G06F 113/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种有限体积约束下的板式换热器优化速 算方法 (57)摘要 本发明公开了一种有限体积约束下的板式 换热器优化速算方法， 该方法包括： 在板式换热 器紧凑度和冷热两侧流体表面换热系数保持不 变， 在忽略其他导热热阻的前提下， 将已知的冷 热侧流体表面换热系数比例代入到本发明提出 的优化算法中， 将总热阻对热侧换热面积的偏微 分求极值， 并依据单调性判定所得是否为极小 值， 如是即对应于热侧换热面积的最小总热阻， 最终确定板式换热器的冷热侧板片数量、 板片形 状和尺寸等换热器结构参数。 本发 明能够在满足 换热器给定的约束条件下， 准确且高效地计算出 冷热侧流体的换热面积和热阻的最优比例， 快速 优化冷热侧换热面积配置， 从而减小换热器总热 阻， 使换热器能够在有限的体积下 获得更好的传 热效果。 权利要求书2页 说明书6页 附图1页 CN 115292893 A 2022.11.04 CN 115292893 A 1.一种有限体积约束下的板式换 热器优化速算方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： (1)输入板式换热器的体积约束值和冷热流体换热工况参数， 对换热器板片进行选型， 确定板式换热器紧凑度 计算得到板式换热器总换热面积A， 假设热侧流体换热面积 为A1， 则冷侧流体表面换热面积为A ‑A1； 计算得到冷侧流体表面换热系数为α， 且热侧流体表 面换热系数为冷侧流体表面换热系数的k倍， 忽略金属隔板壁面导热热阻， 通过式(1)求得 换热器总热阻R： (2)求换热器总热阻R对热侧换热面积的偏微分， 令偏微分等于零， 得到总热阻随热侧 换热面积的极值， 根据单调性判定， 所得极值是否为极小值： 若所得极值是极小值， 得到对 应热侧换热面积的最小 换热器总热阻； 若 所得极值非极小值， 重新选择换热器板片， 确定紧 凑度， 假定热侧换 热面积A1， 根据式(1)重新计算对应热侧换 热面积的最小换 热器总热阻； (3)根据步骤(2)中得到的最小换热器总热阻， 换算热侧体积占总体积的比例， 确定板 式换热器的冷热侧板片数量、 板片形状和尺寸， 得到换 热效率最高的板式换 热器结构。 2.根据权利要求1所述的有限体积约束下的板 式换热器优化速算方法， 其特征在于， 步 骤(2)中， 偏微分通过以下 方式计算得到： 将式(1)得到的换热器总热阻R代入到式(2)中， 计算得到换热器总热阻R对热侧换热面 积A1的偏微分 3.根据权利要求2所述的有限体积约束下的板 式换热器优化速算方法， 其特征在于， 令 得到的偏微分 得到换热器总热阻R随热侧换 热面积A1变化的极值， 如式(3)所示： 根据单调性判定， 当 为极小值时， 则式(3)对应于A1求得的最小换 热器总热阻R。 4.根据权利要求3所述的有限体积约束下的板 式换热器优化速算方法， 其特征在于， 根 据得到的最小 换热器总热阻R， 按照板式换热器标准板片 叠加的布置方式， 换热器热侧体积 V1占总体积V的比例等于式(3)的计算值 如此即可确定板式换热器 的冷热侧板片数量、 板片形状和尺寸， 得到最小的换 热器总热阻。 5.根据权利要求1所述的有限体积约束下的板 式换热器优化速算方法， 其特征在于， 所 述步骤(1)中， 换热器的单位体积总换热面积保持不变， 而热侧流体表面换热面积A1为唯一 自变量。 6.根据权利要求4所述的有限体积约束下的板 式换热器优化速算方法， 其特征在于， 在 总热阻R对热侧换热面积A1的偏微分 得到换热面积与换热系数参数之间的关系式权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115292893 A 2时， 单调性判定方法为： 当 时， 函数 的曲线单调递减； 当 时， 函数 的曲线单调递增， 可得当 为极 小值， 即对应于热侧流体换热面积A1， 换热器能取得的最小总热阻R， 在同样的体积约束下 换热器的换 热量更大。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115292893 A 3