CN110955984A - 板式换热器的仿真方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种板式换热器的仿真方法和系统，所述方法包括：输入热侧流体和冷侧流体的进口温度及流量；通过迭代运算来得到热侧流体和冷侧流体的出口温度，所述迭代运算包括：假设热侧流体和冷侧流体的出口温度；根据假设的热侧流体和冷侧流体的出口温度和流量计算热侧流体的换热量和冷侧流体的换热量；当热侧流体的换热量和冷侧流体的换热量不相等时，重新假设热侧流体和冷侧流体的出口温度，并返回所述迭代运算；当热侧流体的换热量和冷侧流体的换热量相等时，停止所述迭代运算，并输出热侧流体和冷侧流体的出口温度。采用本发明的技术方案，可以通过仿真运算的方式快速的获取热侧流体和冷侧流体的出口温度。
Description
技术领域
本发明涉及换热器领域，尤其涉及一种板式换热器的仿真方法及系统。
背景技术
随着我国能源问题日益突出，节能降耗势在必行。空调是耗能最大的电器之一。中央空调仿真技术是中央空调节能控制技术中的关键技术。而水水换热板式换热器是中央空调系统中非常重要的设备。板式换热器的控制策略对中央空调的能效起着至关重要的作用。
如果要优化板式换热器的控制策略，则需要了解板式换热器的各种运行工况信息，在现有技术中，只能通过实际测试的方式来获得板式换热器的各种运行工况信息，费时费力，且无法穷尽各种工况。
发明内容
本发明的目的是针对上述现有技术中无法全面获取板式换热器的各种运行工况参数的问题，提出一种板式换热器的仿真方法及系统。
本发明实施例中，提供了一种板式换热器的仿真方法，其包括：
输入热侧流体和冷侧流体的进口温度及流量；
通过迭代运算来得到热侧流体和冷侧流体的出口温度，所述迭代运算包括：
假设热侧流体和冷侧流体的出口温度；
根据假设的热侧流体和冷侧流体的出口温度和流量计算热侧流体的换热量和冷侧流体的换热量；
当热侧流体的换热量和冷侧流体的换热量不相等时，重新假设热侧流体和冷侧流体的出口温度，并返回所述迭代运算；
当热侧流体的换热量和冷侧流体的换热量相等时，停止所述迭代运算，并输出热侧流体和冷侧流体的出口温度。
本发明实施例中，根据热侧流体的换热量和冷侧流体的换热量的差值是否在设定的范围来判断热侧流体的换热量和冷侧流体的换热量是否相等。
本发明实施例中，根据预设的热侧流体换热计算模型来计算热侧流体的换热温度。
本发明实施例中，根据预设的冷侧流体换热计算模型来计算冷侧流体的换热温度。
本发明实施例中，根据假设的热侧流体和冷侧流体的出口温度和流量计算热侧流体的换热量和冷侧流体的换热量，包括：
根据热侧流体和冷侧流体的进口温度和出口温度计算热侧流体的平均温度和冷侧流体的平均温度；
根据热侧流体的平均温度和冷侧流体的平均温度通过查表的方式分别得到与热侧流体和冷侧流体在当前温度情况下的物性参数，热侧流体和冷侧流体的物性参数数据预先存储在换热器参数数据库中；
将热侧流体和冷侧流体的物性参数代入到热侧流体换热计算模型和冷侧流体换热计算模型中，计算热侧流体的换热温度和冷侧流体的换热温度。
本发明实施例中，所述迭代运算还包括：
计算板式换热器的换热板两侧之间的换热量；
当换热板两侧之间的换热量与热侧流体的换热量和冷侧流体的换热量不相等时，重新假设热侧流体和冷侧流体的出口温度，并返回所述迭代运算；
当换热板两侧之间的换热量与热侧流体的换热量和冷侧流体的换热量相等时，停止所述迭代运算，并输出热侧流体和冷侧流体的出口温度。
本发明实施例中，根据预设的换热板换热计算模型来计算换热板两侧之间的换热量。
本发明实施例中，根据预设的换热板换热计算模型来计算换热板两侧之间的换热量，包括：
根据热侧流体和冷侧流体的物性参数和流量分别计算热侧流体和冷侧流体的对流换热系数；
根据热侧流体和冷侧流体的平均温度、对流换热系数及换热量分别计算换热板两侧的平均壁温；
根据换热板两侧的平均壁温获取当前温度情况下换热板的物性参数，换热板的物性参数数据预先存储在换热器参数数据库中；
根据换热板两侧的平均壁温和换热板的物性参数计算换热板两侧的换热量。
本发明实施例中，还提供了一种板式换热器的仿真系统，其对板式换热器进行仿真时，采用上述的板式换热器的仿真方法。
与现有技术相比较，在本发明的板式换热器的仿真方法及系统中, 通过建立板式换热器热侧流体换热计算模型、冷侧流体换热计算模型的计算模型以及换热板换热计算模型，通过迭代计算得到的板式换热器的所有运行参数，可以通过输入的热侧流体和冷侧流体的进口温度直接得到热侧流体和冷侧流体的出口温度，无需采用实测的方式，从而可以快速的得到板式换热器各种运行公开参数；另外，在输入热侧流体和冷侧流体的进口温度及流速后，可以间隔一个设定的时间来获得热侧流体和冷侧流体的流量，据此就可以计算出热侧流体和冷侧流体的出口温度，从而可以获得热侧流体和冷侧流体的出口温度变化的动态曲线，可通过分析这种动态曲线，来优化板式换热器的控制策略，提高板式换热器运行的稳定性和可靠性。
附图说明
图1是本发明实施例一的板式换热器的仿真方法的流程示意图。
图2是本发明实施例一计算热侧流体的换热量和冷侧流体的换热量的流程示意图。
图3是本发明实施例二的板式换热器的仿真方法的流程示意图。
图4是本发明实施例二中计算换热板两侧之间的换热量的流程示意图。
具体实施方式
本发明实施例一提供的板式换热器的仿真方法中，预先建立了板式换热器的数学计算模型、板式换热器数据库和仿真迭代算法。所述板式换热器的数学计算模型包括热侧流体换热计算模型和冷侧流体换热计算模型。热侧流体换热计算模型用于计算热侧流体的换热温度，冷侧流体换热计算模型用于计算冷侧流体的换热温度。板式换热器数据库中预先存储了各种温度情况下对应的热侧流体物性系数和冷侧流体物性系数。需要说明的是，热侧流体为板式换热器中温度较高的流体，冷侧流体为板式换热器中温度较低的流体。
如图1所示，本发明实施例一中，所述板式换热器的仿真方法包括：
输入热侧流体和冷侧流体的进口温度及流量；
通过迭代运算来得到热侧流体和冷侧流体的出口温度，所述迭代运算包括：
假设热侧流体和冷侧流体的出口温度；
根据假设的热侧流体和冷侧流体的出口温度及流量分别计算热侧流体的换热量和冷侧流体的换热量；
当热侧流体的换热量和冷侧流体的换热量不相等时，重新假设热侧流体和冷侧流体的出口温度，并返回所述迭代运算；
当热侧流体的换热量和冷侧流体的换热量相等时，停止所述迭代运算，并输出热侧流体和冷侧流体的出口温度。
需要说明的是，根据预先建立的热侧流体换热计算模型计算热侧流体的换热温度，根据预设的冷侧流体换热计算模型来计算冷侧流体的换热温度。
在热侧流体换热计算模型中，热侧流体的换热热量的计算公式如下：
其中，
是板换热侧流体换热量，
是热侧流体比热，
是热侧流体质量流量，
是热侧流体进口温度，
是热侧流体出口温度。
在冷侧流体换热计算模型中，冷侧流体的换热热量的计算公式如下：
其中，
是冷侧流体换热量，
是冷侧流体比热，
是热侧流体质量流量，
是冷侧流体进口温度，
是冷侧流体出口温度。
通过上述计算公式可以看出，由于热侧/冷侧流体的换热量与流体进出口温度、流体比热和流体质量流量有关，流体比热为流体本身的一种物性参数，流体质量流量与流体的密度和流量有关，流体的密度也是流体的一种物性参数，而流体本身的物性参数与流体的温度有关，不同的温度下流体的物性参数是不一样的。因此，在计算热侧流体的换热量和冷侧流体的换热量时，首先要得到当前温度下热侧流体和冷侧流体的物性参数。
如图2所示，本发明实施例中，根据假设的热侧流体和冷侧流体的出口温度及流量分别计算热侧流体的换热量和冷侧流体的换热量，包括：
根据热侧流体和冷侧流体的进口温度和出口温度计算热侧流体的平均温度和冷侧流体的平均温度；
根据热侧流体的平均温度和冷侧流体的平均温度通过查表的方式分别得到与热侧流体和冷侧流体在当前温度情况下的物性参数，热侧流体和冷侧流体的物性参数数据预先存储在换热器参数数据库中；
将热侧流体和冷侧流体的物性参数代入到热侧流体换热计算模型和冷侧流体换热计算模型中，计算热侧流体的换热温度和冷侧流体的换热温度。
需要说明的是，在上述迭代计算过程中，根据热侧流体的换热量和冷侧流体的换热量的差值是否在设定的范围来判断热侧流体的换热量和冷侧流体的换热量是否相等。如果热侧流体的换热量和冷侧流体的换热量的差值很小，就可以认为两者相等，根据能量守恒定律可以得知，热侧流体失去的热量即为冷侧流体吸收的热量，因此，两者是相等的，此时可以认为此时假设的热侧流体和冷侧流体的出口温度是正确的，可以停止所述迭代运算，输出热侧流体和冷侧流体的出口温度；否则，则需要继续假设热侧流体和冷侧流体的出口温度，并继续进行迭代运算。
如图3所示，与本发明实施例一相比，在本发明实施例二中，所述迭代运算还包括：
计算板式换热器的换热板两侧之间的换热量；
当换热板两侧之间的换热量与热侧流体的换热量和冷侧流体的换热量不相等时，重新假设热侧流体和冷侧流体的出口温度，并返回所述迭代运算；
当换热板两侧之间的换热量与热侧流体的换热量和冷侧流体的换热量相等时，停止所述迭代运算，并输出热侧流体和冷侧流体的出口温度。
本发明实施例中，根据预先建立的热侧流体换热计算模型计算热侧流体的换热温度，如图4所示，所述换热板换热计算模型的计算过程包括：
根据预设的换热板换热计算模型来计算换热板两侧之间的换热量，包括：
根据热侧流体和冷侧流体的物性参数和流量分别计算热侧流体和冷侧流体的对流换热系数；
根据热侧流体和冷侧流体的平均温度、对流换热系数及换热量分别计算换热板两侧的平均壁温；
根据换热板两侧的平均壁温获取当前温度情况下换热板的物性参数，换热板的物性参数数据预先存储在换热器参数数据库中；
根据换热板两侧的平均壁温和换热板的物性参数计算换热板两侧的换热量。
需要说明的是，由于在换热过程中，热侧流体和冷侧流体分别位于板式换热器的换热板的两侧，通过换热板进行换热，因此，在得知热侧流体和冷侧流体的进出口温度以及流量时，可以计算出换热板两侧的壁温，并根据换热板两侧的壁温来得到换热板的当前温度情况下的物性参数，并根据物性参数及两侧的壁温计算出在换热板两侧之间的换热量，这个换热量就是从热侧流体传递给冷侧流体的换热量，因此，换热板两侧之间的换热量与热侧流体的换热量和冷侧流体的换热量应该是相等的，据此进一步对热侧流体和冷侧流体的出口温度进行验证，提高迭代计算的准确性。
本发明实施例中，还提供了一种板式换热器的仿真系统，其对板式换热器进行仿真时，采用上述的板式换热器的仿真方法。
与现有技术相比较，在本发明的板式换热器的仿真方法及系统中, 通过建立板式换热器热侧流体换热计算模型、冷侧流体换热计算模型的计算模型以及换热板换热计算模型，通过迭代计算得到的板式换热器的所有运行参数，可以通过输入的热侧流体和冷侧流体的进口温度直接得到热侧流体和冷侧流体的出口温度，无需采用实测的方式，从而可以快速的得到板式换热器各种运行公开参数；另外，在输入热侧流体和冷侧流体的进口温度及流速后，可以间隔一个设定的时间来获得热侧流体和冷侧流体的流量，据此就可以计算出热侧流体和冷侧流体的出口温度，从而可以获得热侧流体和冷侧流体的出口温度变化的动态曲线，可通过分析这种动态曲线，来优化板式换热器的控制策略，提高板式换热器运行的稳定性和可靠性。
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。
Claims (9)
1.一种板式换热器的仿真方法，其特征在于，包括：
输入热侧流体和冷侧流体的进口温度及流量，通过迭代运算来得到热侧流体和冷侧流体的出口温度，所述迭代运算包括：
假设热侧流体和冷侧流体的出口温度；
根据假设的热侧流体和冷侧流体的出口温度和流量计算热侧流体的换热量和冷侧流体的换热量；
当热侧流体的换热量和冷侧流体的换热量不相等时，重新假设热侧流体和冷侧流体的出口温度，并返回所述迭代运算；
当热侧流体的换热量和冷侧流体的换热量相等时，停止所述迭代运算，并输出热侧流体和冷侧流体的出口温度。
2.如权利要求1所述的板式换热器的仿真方法，其特征在于，根据热侧流体的换热量和冷侧流体的换热量的差值是否在设定的范围来判断热侧流体的换热量和冷侧流体的换热量是否相等。
3.如权利要求1所述的板式换热器的仿真方法，其特征在于，根据预设的热侧流体换热计算模型来计算热侧流体的换热温度。
4.如权利要求3所述的板式换热器的仿真方法，其特征在于，根据预设的冷侧流体换热计算模型来计算冷侧流体的换热温度。
5.如权利要求4所述的板式换热器的仿真方法，其特征在于，根据假设的热侧流体和冷侧流体的出口温度和流量计算热侧流体的换热量和冷侧流体的换热量，包括：
根据热侧流体和冷侧流体的进口温度和出口温度计算热侧流体的平均温度和冷侧流体的平均温度；
根据热侧流体的平均温度和冷侧流体的平均温度通过查表的方式分别得到与热侧流体和冷侧流体在当前温度情况下的物性参数，热侧流体和冷侧流体的物性参数数据预先存储在换热器参数数据库中；
将热侧流体和冷侧流体的物性参数代入到热侧流体换热计算模型和冷侧流体换热计算模型中，计算热侧流体的换热温度和冷侧流体的换热温度。
6.如权利要求1所述的板式换热器的仿真方法，其特征在于，所述迭代运算还包括：
计算板式换热器的换热板两侧之间的换热量；
当换热板两侧之间的换热量与热侧流体的换热量和冷侧流体的换热量不相等时，重新假设热侧流体和冷侧流体的出口温度，并返回所述迭代运算；
当换热板两侧之间的换热量与热侧流体的换热量和冷侧流体的换热量相等时，停止所述迭代运算，并输出热侧流体和冷侧流体的出口温度。
7.如权利要求6所述的板式换热器的仿真方法，其特征在于，根据预设的换热板换热计算模型来计算换热板两侧之间的换热量。
8.如权利要求7所述的板式换热器的仿真方法，其特征在于，根据预设的换热板换热计算模型来计算换热板两侧之间的换热量，包括：
根据热侧流体和冷侧流体的物性参数和流量分别计算热侧流体和冷侧流体的对流换热系数；
根据热侧流体和冷侧流体的平均温度、对流换热系数及换热量分别计算换热板两侧的平均壁温；
根据换热板两侧的平均壁温获取当前温度情况下换热板的物性参数，换热板的物性参数数据预先存储在换热器参数数据库中；
根据换热板两侧的平均壁温和换热板的物性参数计算换热板两侧的换热量。
9.一种板式换热器的仿真系统，其特征在于，对板式换热器进行仿真时，采用如权利要求1-8任一项所述的板式换热器的仿真方法。
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