基于粒子群算法的板翅式换热器优化设计开题报告

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1. 研究目的与意义

板翅式换热器是一种高效、紧凑且轻巧的换热设备，已在石油化工、航空航天、汽车、制冷空调及动力工程等领域内得到广泛的应用。它有众多的优点：体积小、重量轻、换热效率高、坚固耐用、适应性强并可设计成多股流体同时换热等优点。

传统的板翅式换热器设计方法是先选定换热面、冷却介质和流动方式，然后多次假定几何尺寸进行试算，直至得到一个满足所有约束条件的换热器，也就是所谓的试凑法，采用该方法所设计的换热器的好坏一般取决于设计者的经验，工作量较大，且所得的解仅是可行方案之一，并非最优解。

随着科学技术的发展，人们越来越希望利用现代手段，使换热器在给定换热量并满足所有约束条件的同时，具有更好的特性。优化设计就是在给定的约束条件下，选择换热器类型及型面，并调节换热器综合性能所涉及到的众多热力参数，几何参数之间的相互制约关系，使之达到所期望的某种最佳状态（如最小体积，最小初投资，最小运行费用等）。

2. 国内外研究现状分析

早在1930年,英国马尔斯顿.克歇尔瑟公司就用浸渍铅焊方法,用铜及其合金制成板翅式换热器用作航空发动机的散热器。到如今，在科学不断发展的情况下，板翅式换热器的研究应用早已走上正轨，板翅式换热器已经被广泛的应用在石油化工、航空航天、汽车、制冷空调及动力工程等领域内，现如今对板翅式换热器的研究方向旨在能确保其换热性能的情况下优化其结构，以一种科学的计算模拟方法，设计出性能高，结构完美，性价比高的换热器。

现在对换热器的研究主要有两个方向，一是研究换热器的强化传热特性。主要目的是提高换热器的流体和固壁间的对流换热系数，进而提高换热器的性能。美国学者kays和london[1]等研究了132种紧凑式表面的传热和阻力特性较系统的实验并提供了40多种不同翅片形状的板翅式翅片传热力曲线。a.bar-cohen[2]等人在理论上分析了两平行平板间的自然对流换热规律，当然假设流动是充分发展的层流。hideojwasaki和massaruishizukan[3]研究了三维层流模型中空气强烈对流下对散热器的影响，进行了数值模拟时要考虑散热器内部的导流耦合、流体的流动所伴随的传热等。达特茅斯大学的rice,johnm运用anyys中的模块分析了矩形翅片板翅式换热器的流动和换热，这个换热器主要用于电子芯片散热，得出速度场、温度场合热通量的分布云图[4]。j.richardculham[5]等在分别对板间的充分流动、正在流动一级便捷层流动下换热进行数值模拟比较，前提两平行板等温，最后通过实验分析与模拟结果对比得到了不同模型的适用范围。美国psu大学的joshi和webb[6]对板翅式换热器的锯齿翅片作了相关的实验研究，发现了换热性能与翅片切开的长度有关，长度越短，换热效率就越高，同时压降也提高。r.karvinen[7]计算了散热器在强制对流和自然对流的换热分析，他是利用经验公式先求取表面各处的局部换热量，然后再代入导热方程。t.d.yuan[8]仿真了不同尺寸的矩形流道的换热器流道的流动情况，得到了层流情况下换热器肋片间的流场以及换热系数的分布，得到的数值结果与实验结果一致。

在国内，郑州大学董其伍，刘敏姗[9]等人开展了板翅式换热器翅片性能的研究，将实验研究所得结果与cfd数值模拟进行对比，再通过理论分析来验证翅片的性能。郭丽华，覃峰[10]等研究了板翅式冷却器机油的流动及换热情况，翅片选择多孔翅片，最后得到结论油冷器各层流量分配大致呈s型分布，换热量分配曲线呈浴盆状分布；中南大学寇磊[11]等对百叶窗、锯齿、波形等多种翅片结构的板翅式换热器进行数值模拟，研究了紧凑式换热器的传热与流动特性，最后将数值计算结果与热力计算结果对比，具有一致性。李媛和凌祥[12]对板翅式换热器单通道流场进行了数值模拟，分别选择平直翅片、锯齿翅片和波纹翅片三种翅片，得到其表面性能曲线，并分析了锯齿形翅片表面流动与传热性能的影响；甘建德[13]用ansys对锯齿形翅片进行模拟，通过改变流道内翅片的结构参数，来研究参数对板翅式机油冷却器结构对传热性能影响的研究；王迎新和武占华[14]等人分别对8个同型号板翅式机油冷却器进行了传热和阻力的试验研究，根据所得的实验数据对换热量、阻力、传热系数和机油流速进行分别，拟合上述参数的变化规律。

3. 研究的基本内容与计划