(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 202111577751.6 (22)申请日 2021.12.2 2 (71)申请人 合肥通用机 械研究院有限公司 地址 230031 安徽省合肥市蜀山区长江西 路888号 申请人 合肥工业大 学 (72)发明人 张秀平　袁旭东　曹青　赵盼盼　 张欢　周到　吴俊峰　张伟　 屈博艺　 (74)专利代理 机构 合肥和瑞知识产权代理事务 所(普通合伙) 34118 专利代理师 柯凯敏 (51)Int.Cl. G06F 30/28(2020.01) G06F 30/17(2020.01)G06F 113/08(2020.01) G06F 119/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种换热器总换热系数的计算方法、 电子设 备及存储介质 (57)摘要 本发明涉及高速离心机技术领域， 具体涉及 一种换热器总换热系数的计算方法、 电子设备及 存储介质。 该计算方法包括建立高速离心机机舱 舱内流场仿真CFD 模型、 设置相关参数、 迭代修改 换热器内侧壁与机舱舱内空气接触的壁面温度、 计算载冷剂换热量、 判断载冷剂平均温度是否合 适以及计算机舱舱内换热器基于内侧壁摩擦产 热和其与空气 对流换热与载冷剂的总换热系数。 该方法实现了快速计算载冷剂温度和校核换热 器选型的目的； 本发明综合考虑了空气摩擦产 热、 空气对流换热、 换热器内载冷剂对流换热的 耦合关联性， 实现了对总换热系数的准确求解， 最终为换 热器的合理设计提供理论依据。 权利要求书2页 说明书7页 附图3页 CN 114492223 A 2022.05.13 CN 114492223 A 1.一种换 热器总换 热系数的计算方法， 其特 征在于包括以下步骤： S1、 建立高速 离心机机舱舱内流场仿真CFD模型； S2、 为所述高速 离心机设置不同的转速和机舱 舱内气压； S3、 仿真计算获得机舱舱内换热器内侧壁的剪切力 τ、 近壁面加权平均风速v、 离心机风 阻功率P； 预设载冷剂平均温度Tr； S4、 计算机舱舱内高速流动空气与机舱舱内换热器内侧壁 之间的摩擦产热热流密度qc、 机舱舱内高速流动空气与换热器内侧壁之间的对流换热热流密度qa、 换热器通道内载冷剂 与换热器内侧壁之间的对流换 热热流密度qr； S5、 根据能量守恒定律， 得 出qc、 qa、 qr的关系式： qr＝qc+qa； S6、 根据qc、 qa、 qr的关系式， 迭代修改换热器内侧壁与机舱舱内空气接触的壁面温度Tw 至关系式两端相等， 得 出Tw； S7、 计算载冷剂换 热量Qr； S8、 比较载冷剂换热量Qr和风阻功率P， 判断载冷剂平均温度Tr是否合适； 若Qr≠P， 调整 Tr， 重复S4‑S7步骤直至二 者相等， 此时所选换 热器型号需要的载冷剂温度Tr假设成立； S9、 计算机舱舱内换热器基于内侧壁摩擦产 热和其与空气对流换热与载冷剂的总换热 系数ka‑w。 2.根据权利要求1所述的一种换热器总换热系数的计算方法， 其特征在于： 所述步骤S4 中： 机舱舱内高速流动空气与机舱舱内换热器内侧壁之间的摩擦产热热流密度qc的计算公 式具体为： qc＝ τv； 计算机舱舱内高速流动空气与换热器内侧壁之间的对流换热热流密度qa的计算公式具 体为： qa＝ha(Ta‑Tw)； 其中： ha表示机舱舱内高速流动空气与换热器内侧壁之间的对流换热系数， 且 其中Nu＝a ·Reb·Prc为努塞尔数； a表示第一常数； b表示第二常数； c表示第三常 数； l表示特征长度； k表示热导率； 为雷诺数， ρ 表示流体密度； V表示平均流速； μ表 示流体动力粘度； 为普朗特 数， Cp表示等压比热容； Ta为机舱舱内空气的温控要求温度； Tw为换热器内侧壁与机舱 舱内空气接触的壁 面温度； 换热器通道内载冷剂与换 热器内侧壁之间的对流换 热热流密度qr的计算公式具体为： qr＝hr‑w(Tw‑Tr)； 其中： hr‑w为Tw所在壁面至换热器 内载冷剂的总换热系数， 且 hr为由换热 器型号决定的载冷剂与换热器内侧壁面之间的对流换热系数； λ为换热器固体材料热导率；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114492223 A 2δ 为换热器内侧壁厚。 3.根据权利要求2所述的一种换热器总换热系数的计算方法， 其特征在于： 在离心机上 部， 特征长度l为转臂顶面到机舱顶面的距离； 在离心机中部由于转子的旋转， 特征长度l为 换热器内侧壁面到转臂 最外端的距离； 在离心机下部， 特征长度l为转臂底面到机舱底面的 距离。 4.根据权利要求2或3所述的一种换热器总换热系数的计算方法， 其特征在于： 所述步 骤S6中， qr＝hr‑w(Tw‑Tr)＝qa+qc＝τv+ha(Ta‑Tw)； 预设Tw， 以计算该关系式左右两侧的结果， 不断迭代修改Tw， 同时计算更新受Tw影响的ha、 hr和hr‑w直至该关系式的等式成立。 5.根据权利要求1或2或3所述的一种换热器总换热系数的计算方法， 其特征在于： 所述 S7步骤中， 换 热器内载冷剂换 热量Qr的计算公式具体为： Qr＝qrS； 其中， S为换 热器壁与载冷剂接触面积。 6.根据权利要求1或2或3所述的一种换热器总换热系数的计算方法， 其特征在于： 所述 S8步骤中， 比较若得Qr<P， 则表明载冷剂平均温度不够低， 无法将风阻功率产热带走， 因此， 下调Tr， 重复步骤S 4～S7； 若Qr>P， 表明载冷剂平均温度过低， 上调Tr， 重复步骤S 4～S7； 若Qr ＝P， 则Tr假设成立， 所选换热器型号采取该载冷剂平均温度可以满足离心机散热需求， 此 时Tr可以保证将风阻功率对应的产热量带 走。 7.根据权利要求1或2或3所述的一种换热器总换热系数的计算方法， 其特征在于： 所述 步骤S9中， 机舱舱内换热器基于内侧壁摩 擦产热和其与空气对流换热与载冷剂的总换热系 数ka‑w的计算公式具体为： ka‑w＝qr/(Ta‑Tr)。 8.一种电子设备， 其特征在于， 包括处理器、 输入设备、 输出设备和存储器， 所述处理 器、 输入设备、 输出设备和存储器依次连接， 所述存储器用于存储计算机程序， 所述计算机 程序包括程序指 令， 所述处理器被配置用于调用所述程序指 令， 执行如权利要求 1‑3任一项 所述的方法。 9.一种存储介质， 其特征在于， 所述存储介质存储有计算机程序， 所述计算机程序包括 程序指令， 所述程序指令当被处理器执行时使所述处理器执行如权利要求1 ‑3任一项所述 的方法。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114492223 A 3