CN112035957A - 一种空空中冷器性能预测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种空空中冷器性能预测方法,包括构建中冷器特征数学模型和中冷器数据分析数学模型;在中冷器特征数学模型中,设定初始有效度;调用中冷器特征数学模型中的技术参数及初始有效度,计算中冷器冷、热流体出口温度;进而计算得到中冷器的特征温度,更新介质物性参数;根据介质物性参数和换热器设计的ε‑NTU方法计算出新的有效度;进行有效度的收敛性判断,更新有效度;根据最终有效度收敛值,计算中冷器冷、热出口的最终温度,通过所述的最终温度值,即可快速进行中冷器的性能预估。本发明简单高效,操作便捷性高,通过构建的中冷器特征数学模型,可以进行不同型号、规格的中冷器性能预测,结果可靠性高,工作效率高,实用性强。
Description
技术领域
本发明涉及一种空空中冷器性能预测方法,属于中冷器性能检测技术领域。
背景技术
要想保证汽车的正常工作,必须使汽车在各种工况条件下达到热平衡。在空空中冷器的开发过程中,首先需要对设计方案进行性能预测,以获得主机认可并定点。性能数据的获取有传统试验法、CAE仿真法、关联式编制计算软件的方法。传统的试验法能够得到最为真实的结果,但耗时长、试验成本高昂,大大的降低了企业的利润空间,很多企业保留传统试验方式,但使用的频率在下降;CAE仿真的方法拥有最为广阔的扩展性,能够最大限度的获取产品真实性能,但前提是工程师不但要拥有较强的CAE软件操作能力,同时还必须拥有丰富的经验,才能够保证仿真结果的可靠性。
发明内容
鉴于此,本发明的目的是提供了一种空空中冷器性能预测方法,可以克服现有技术的不足。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
一种空空中冷器性能预测方法,包括:
s1、根据中冷器的技术参数,构建中冷器特征数学模型;
s2、根据中冷器的介质物性参数,构建中冷器数据分析数学模型;
s3、在中冷器特征数学模型中,设定初始有效度;
s4、调用中冷器特征数学模型中的动态技术参数及初始有效度,计算中冷器冷、热流体出口温度;
s5、计算得到中冷器的特征温度;
s6、在中冷器数据分析数学模型中,根据中冷器的特征温度更新中冷器的介质物性参数;
s7、调用更新的介质物性参数,根据换热器设计的ε-NTU方法,计算出新的有效度;
s8、将新的有效度和和设定的初始有效度进行比较,判断二者是否接近,
是,根据新的有效度收敛值,计算中冷器冷、热出口的最终温度,进行中冷器的性能预估,
否,更新有效度,重复上述步骤,在多次循环计算中,使新的有效度趋近于一个收敛值,并根据收敛值计算中冷器冷、热出口的最终温度,进行中冷器的性能预估。
前述步骤s1中,所述中冷器的技术参数包括结构参数和工况参数。
前述结构参数包括中冷器芯体参数,芯体参数为芯体长度、宽度、厚度、热导率,及中冷器外翅片规格、内翅片规格以及散热管规格,还包括冷侧传热面积、热侧传热面积、最小流通面积、迎风正面面积、壁面面积、冷侧当量直径、热侧当量直径和中冷器自身铝材导热系数;工况参数包括增压空气进口温度、增压空气进口压力、增压空气流量、冷风进口温度、冷风进口压力及冷风风速。
前述步骤s2中,所述介质物性参数包括冷、热侧流体的密度、比热容、粘度和传热系数,在中冷器数据分析数学模型中,所述介质物性参数与特征温度为一一对应的线性关系。
前述步骤s3中,初始有效度根据中冷器在各部分工况下换热的实验值确定。
前述初始有效度设为0.6。
前述步骤s4中,根据冷热平衡原理,结合有效度的计算公式,计算出热流体的出口温度、冷流体的出口温度,
有效度的定义公式为,
式中,ε为换热器的有效度,q为热量值,Ch为热流体比热容,Cc为冷流体比热容,Cmin为Ch和Cc之间的较小者,即冷热流体比热容的较小者,Th,i为增压空气的入口温度,Th,o为热流体的出口温度,Tc,i冷风的入口温度,Tc,o冷流体的出口温度。
前述步骤s5中,取热流体的出口温度平均值,为中冷器的热侧特征温度;取冷流体的出口温度平均值,为中冷器的冷侧特征温度。
前述步骤s6和s7中,调用中冷器数据分析数学模型,根据中冷器的特征温度,更新中冷器的介质物性参数,请将对应值带入传热单元数NTU的计算公式中,计算出传热单元数NTU,
传热单元数NTU的计算公式为:
式中,Cmin为热流体比热容Ch和冷流体比热容Cc之间的较小者,(nohmA)h式中no为热侧翅片效率,hm为热侧的传热系数,A为热侧传热面积;(nohmA)c式中no为冷侧翅片效率,hm为冷侧的传热系数,A为冷侧传热面积;Rh,f为热侧阻力系数,对于新的中冷器其值为0;Rc,f为冷侧阻力系数,对于新的中冷器其值为0,Rw为铝材导热系数;
根据传热单元数NTU,计算出新的有效度,其计算公式为:
式中,C*是两种流体中较小热容量与较大热容量的比率,C*≤1;
根据上述计算公式计算出新的有效度,并且将新的有效度与初始有效度进行比较,
如果新的有效度与初始有效度接近,则将新的有效度带入有效度的计算公式中,计算中冷器冷、热出口的最终温度,快速获得中冷器的预估性能;
如果新的有效度与初始有效度相差大,则由新的有效度代替初始有效度,重复进行多次循环计算,使新的有效度趋近于一个收敛值,再将此收敛值带入有效度的计算公式中,计算中冷器冷、热出口的最终温度,快速获得中冷器的预估性能。。
与现有技术比较,本发明公开的一种空空中冷器性能预测方法,其根据中冷器的技术参数,构建中冷器特征数学模型;根据中冷器的介质物性参数,构建中冷器数据分析数学模型;在中冷器特征数学模型中,设定初始有效度;调用中冷器特征数学模型中的技术参数及初始有效度,计算中冷器冷、热流体出口温度;计算得到中冷器的特征温度,并更新介质物性参数;根据换热器设计的ε-NTU方法及介质物性参数计算出新的有效度;进行有效度的收敛性判断,更新有效度;最后根据新的有效度收敛值,计算中冷器冷、热出口的最终温度,通过所述的最终温度值,即可快速进行中冷器的性能预估。
本发明的有益效果是:
(1)本发明简单高效,操作便捷性高,通过构建的中冷器特征数学模型和中冷器数据分析数学模型,可以进行不同型号、规格的中冷器性能预测,结果可靠性高,实用性强。
(2)在产品的开发过程中,可快速获得产品的预估性能,提高工程师的工作效率,降低产品开发成本,具有良好的经济效益。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述,并且在某种程度上,基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的,或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本发明作进一步的详细描述,其中:
图1为本发明的流程示意图。
具体实施方式
以下将参照附图,对本发明的优选实施例进行详细的描述。应当理解,优选实施例仅为了说明本发明,而不是为了限制本发明的保护范围。
如图1所示,一种空空中冷器性能预测方法,具体包括:
s1、根据中冷器的技术参数,构建中冷器特征数学模型;
s2、根据中冷器的介质物性参数,构建中冷器数据分析数学模型;
s3、在中冷器特征数学模型中,设定初始有效度;
s4、调用中冷器特征数学模型中的动态技术参数及初始有效度,计算中冷器冷、热流体出口温度;
s5、计算得到中冷器的特征温度;
s6、在中冷器数据分析数学模型中,根据中冷器的特征温度更新中冷器的介质物性参数;
s7、调用更新的介质物性参数,根据换热器设计的ε-NTU方法,计算出新的有效度;
s8、将新的有效度和和设定的初始有效度进行比较,判断二者是否接近,
是,根据新的有效度收敛值,计算中冷器冷、热出口的最终温度,进行中冷器的性能预估,
否,更新有效度,重复上述步骤,在多次循环计算中,使新的有效度趋近于一个收敛值,并根据收敛值计算中冷器冷、热出口的最终温度,进行中冷器的性能预估。
其中,所述中冷器的技术参数包括结构参数和工况参数。
所述结构参数包括中冷器芯体参数,芯体参数为芯体长度、宽度、厚度、热导率,及中冷器外翅片规格、内翅片规格以及散热管规格,例如,所述内翅片规格可以包括口琴管式、锯齿内翅片式、三角内齿片式等;还包括冷侧传热面积、热侧传热面积、最小流通面积、迎风正面面积、壁面面积、冷侧当量直径、热侧当量直径和中冷器自身铝材导热系数。
所述工况参数包括增压空气进口温度、增压空气进口压力、增压空气流量、冷风进口温度、冷风进口压力及冷风风速。所述工况参数可根据外部环境因素进行设定。
所述介质物性参数包括冷、热侧流体的密度、比热容、粘度和传热系数,在中冷器数据分析数学模型中,所述介质物性参数与特征温度为线性关系,不同的特征温度,均设有与之对应的介质物性参数。
初始有效度根据中冷器在大部分工况下换热的实验值确定。优选地,初始有效度可以设为0.6。
根据冷热平衡原理,采用有效度的计算公式,计算出热流体的出口温度、冷流体的出口温度,其中有效度的计算公式为,
式中,ε为换热器的有效度,q为热量值,Ch为热流体比热容,Cc为冷流体比热容,Cmin为Ch和Cc之间的较小者,即冷热流体比热容的较小者,Th,i为增压空气的入口温度,Tc,i为冷风入口温度,Th,o为热流体的出口温度,Tc,o冷流体的出口温度。
在此,ε为换热器的初始有效度值,比热容根据流体自身物力特性而定,增压空气入口温度Th,i和冷风入口温度Tc,i从中冷器特征数学模型进行调用;根据有效度的计算公式,即可计算出热流体的出口温度Th,o、冷流体的出口温度Tc,o。
根据热流体的出口温度Th,o、冷流体的出口温度Tc,o,计算出中冷器的特征温度,特征温度为中冷器芯体中的有效温度。具体地,取热流体的出口温度平均值,即为中冷器的热侧特征温度;取冷流体的出口温度平均值,即为中冷器的冷侧特征温度。
调用中冷器数据分析数学模型,根据中冷器的特征温度,更新中冷器的冷、热侧流体密度、比热容、粘度和传热系数值,并将对应值带入传热单元数NTU的计算公式中,计算出传热单元数NTU,
传热单元数NTU的计算公式为:
式中,Cmin为热流体比热容Ch和冷流体比热容Cc之间的较小者,(nohmA)h式中no为热侧翅片效率,hm为热侧的传热系数,A为热侧传热面积;(nohmA)c式中no为冷侧翅片效率,hm为冷侧的传热系数,A为冷侧传热面积;Rh,f为热侧阻力系数,对于新的中冷器其值为0;Rc,f为冷侧阻力系数,对于新的中冷器其值为0,Rw为铝材导热系数。
根据传热单元数NTU,计算出新的有效度,其计算公式为:
式中,C*是两种流体中较小热容量与较大热容量的比率,C*≤1;
根据上述计算公式计算出新的有效度,并且将新的有效度与初始有效度进行比较,
如果新的有效度与初始有效度接近,则将新的有效度带入公式(1-1)中,结合从中冷器特征数学模型中调用的增压空气入口温度和冷风入口温度值;计算中冷器冷、热出口的最终温度,快速获得中冷器的预估性能;
如果新的有效度与初始有效度相差大,则由新的有效度代替初始有效度,重复上述步骤,进行多次循环计算,使新的有效度趋近于一个收敛值,再将此收敛值带入公式(1-1)中,结合从中冷器特征数学模型中调用的增压空气入口温度和冷风入口温度值;计算中冷器冷、热出口的最终温度,快速获得中冷器的预估性能。
以上所述,仅是本发明的较佳实施例而已,并非对本发明作任何形式保密的限制,任何未脱离本发明技术方案内容、依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种空空中冷器性能预测方法,其特征在于,包括:
s1、根据中冷器的技术参数,构建中冷器特征数学模型;
s2、根据中冷器的介质物性参数,构建中冷器数据分析数学模型;
s3、在中冷器特征数学模型中,设定初始有效度;
s4、调用中冷器特征数学模型中的动态技术参数及初始有效度,计算中冷器冷、热流体出口温度;
s5、计算得到中冷器的特征温度;
s6、在中冷器数据分析数学模型中,根据中冷器的特征温度更新中冷器的介质物性参数;
s7、调用更新的介质物性参数,根据换热器设计的ε-NTU方法,计算出新的有效度;
s8、将新的有效度和和设定的初始有效度进行比较,判断二者是否接近,
是,根据新的有效度收敛值,计算中冷器冷、热出口的最终温度,进行中冷器的性能预估,
否,更新有效度,重复上述步骤,在多次循环计算中,使新的有效度趋近于一个收敛值,并根据收敛值计算中冷器冷、热出口的最终温度,进行中冷器的性能预估。
2.根据权利要求1所述的空空中冷器性能预测方法,其特征在于:步骤s1中,所述中冷器的技术参数包括结构参数和工况参数。
3.根据权利要求2所述的空空中冷器性能预测方法,其特征在于:结构参数包括中冷器芯体参数,芯体参数为芯体长度、宽度、厚度、热导率,及中冷器外翅片规格、内翅片规格以及散热管规格,还包括冷侧传热面积、热侧传热面积、最小流通面积、迎风正面面积、壁面面积、冷侧当量直径、热侧当量直径和中冷器自身铝材导热系数;工况参数包括增压空气进口温度、增压空气进口压力、增压空气流量、冷风进口温度、冷风进口压力及冷风风速。
4.根据权利要求1所述的空空中冷器性能预测方法,其特征在于:步骤s2中,所述介质物性参数包括冷、热侧流体的密度、比热容、粘度和传热系数,在中冷器数据分析数学模型中,所述介质物性参数与特征温度为一一对应的线性关系。
5.根据权利要求1所述的空空中冷器性能预测方法,其特征在于:步骤s3中,初始有效度根据中冷器在各部分工况下换热的实验值确定。
6.根据权利要求5所述的空空中冷器性能预测方法,其特征在于:初始有效度设为0.6。
8.根据权利要求1所述的空空中冷器性能预测方法,其特征在于:步骤s5中,取热流体的出口温度对数平均值,为中冷器的热侧特征温度;取冷流体的出口温度平均值,为中冷器的冷侧特征温度。
9.根据权利要求1所述的空空中冷器性能预测方法,其特征在于:步骤s6和s7中,调用中冷器数据分析数学模型,根据中冷器的特征温度,更新中冷器的介质物性参数,请将对应值带入传热单元数NTU的计算公式中,计算出传热单元数NTU,
传热单元数NTU的计算公式为:
式中,Cmin为热流体比热容Ch和冷流体比热容Cc之间的较小者,(nohmA)h式中no为热侧翅片效率,hm为热侧的传热系数,A为热侧传热面积;(nohmA)c式中no为冷侧翅片效率,hm为冷侧的传热系数,A为冷侧传热面积;Rh,f为热侧阻力系数,对于新的中冷器其值为0;Rc,f为冷侧阻力系数,对于新的中冷器其值为0,Rw为铝材导热系数;
根据传热单元数NTU,计算出新的有效度,其计算公式为:
式中,C*是两种流体中较小热容量与较大热容量的比率,C*≤1;
10.根据权利要求1或9所述的空空中冷器性能预测方法,其特征在于:根据上述计算公式计算出新的有效度,并且将新的有效度与初始有效度进行比较,
如果新的有效度与初始有效度接近,则将新的有效度带入有效度的计算公式中,计算中冷器冷、热出口的最终温度,快速获得中冷器的预估性能;
如果新的有效度与初始有效度相差大,则由新的有效度代替初始有效度,重复进行多次循环计算,使新的有效度趋近于一个收敛值,再将此收敛值带入有效度的计算公式中,计算中冷器冷、热出口的最终温度,快速获得中冷器的预估性能。
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