翅片管式蒸发器计算机优化设计

摘要：基于翅片管式蒸发器优化过程和传统电算的特点基础上。针对翅片管蒸发器优化设计提出预处理模块+寻优模块的程序结构形式，基于此实现翅片管蒸发器的优化设计。
　　前言
　　由于影响传热计算的因素较多，关联式比较复杂，一直以来，工程设计人员通常作一些忽略次要因素的处理来简化计算。随着制冷空调行业的发展，对系统优化需求不断提高。翅片管式蒸发器作为重要的蒸发器形式，其优化设计不断得到产品开发人员的重视。
　　基于计算机的传统的电算往往是对手工计算方法的计算机实现，提高计算速度。基于计算机的优化设计有别于传统的电算。本文基于翅片管式蒸发器优化过程和传统电算的特点基础上，针对翅片管蒸发器优化设计提出了预处理模块+寻优模块的程序结构形式，基于此实现翅片管蒸发器的优化设计。本文目的在于介绍一种模块逻辑设计形式，对模块的具体实现过程不是本文重点，因此近作简要介绍。
　　1 优化设计系统模块设置
　　翅片管式蒸发器设计任务是根据已知参数和约束条件决定最佳蒸发器结构、蒸发面积，并计算气流阻力。
　　根据设计目的，翅片管蒸发器优化设计系统需要三个模块、一个输入窗口、一个输出窗口。三者的关系如图(1-1)所示：

　　优化设计模块：核心模块，完成优化过程程序。
　　空气处理模块、制冷剂处理模块：次级模块，使湿空气或制冷剂作为独立的个体参与主模块过程，根据主模块的需要向主模块提供数据，不增加主模块的额外负担，使主模块的任务非常明确。
　　输入窗口：接收技术条件和约束条件，是系统接受外部输入的可视化入口。
　　输出窗口：用来输出计算结果，是系统向外输出的可视化出口。

　　图1-1 系统模块示意图
　　2.1 湿空气处理模块
　　利用I-d图可以确定湿空气的各种参数，但不能满足计算机数值计算的需要。因此必须编制湿空气物性模块，以便计算机调用。该模块完成与空气状态相关的全部处理过程，使空气参数作为一个动态参量自动参与系统优化设计，不再需要人为干预。
　　2.2 制冷剂处理模块
　　制冷剂热力性质的计算是蒸发器电算的主要基础之一，在计算过程中将被频繁调用，因此制冷剂热力性质计算效果(精度、速度、稳定性)将直接影响计算的效果。
　　该模块完成与制冷剂状态相关的全部处理过程，使制冷剂参数作为一个动态参量自动参与系统优化设计，不再需要人为干预。
　　2.3 翅片管式蒸发器优化设计模块
　　2.3.1 内部逻辑设计
　　一般来说，优化设计是一个假设——计算——比较——修正假设,再返回的循环寻优过程，参见下面的逻辑图1-2。

　　图1-2 优化逻辑示意图
　　假设与实际的偏离程度决定了寻优的循环次数，而复杂算法每个循环相对需要较长的计算时间，因此选择一个合理的初始假设非常重要。
　　考虑到传统的简便算法中不但有很多有用的经验的东西，同时简化的假设处理又有其合理性和工程上的可行性。因此设计用传统的简化计算方法作寻优预处理，得到一个接近实际的结果。再把预处理结果作为精确计算方法的假设，即简便算法的输出作为复杂算法的输入。而复杂算法过程实质上成为了一个对传统算法的修正过程。模块层次清晰，既发挥了传统简化算法的优越性，又节省了复杂算法因为假设偏离太大而浪费大量的计算时间，同时因为可以继承简化电算程序的部分源代码，程序编制工作量也相应减少。由此考虑设计了如下的逻辑图1-3：

　　图1-3 优化模块工作层次图
　　于是优化设计模块实际上包括两部分：预处理模块和精确寻优模块。模块结合已知设计参数和约束条件，按照优化设计程序寻找到最符合条件的蒸发器结构。这是整个系统的核心部分。
　　预处理模块是一个传统的电算模块，再此不加叙述。下面讲述一下寻优模块。
　2.3.2 精确寻优模块
　　本模块的输入为预处理模块得到的蒸发器的结构参数和使用条件：除了程序原始已知条件，还包括蒸发器的沿气流方向排数，垂直气流方向排数，换热面积，风量，迎面风速，制冷剂流量，流速，蒸发温度等。模块在这个基础上对其进行修正。
　　通常造成设计与实际不一致的原因主要是设计假设与实际的差异造成的。造成传统电算结果与实际差异较大的原因因素很多，但最主要的影响因素为忽略过热段的影响造成的。寻优模块将主要针对这一因素对于处理的输入进行修正。寻优模块的结果对原有输入的影响主要是蒸发温度、制冷剂侧对流换热系数、翅片侧对流换热系数及传热面积的修正。
　　本文根据《翅片管蒸发器忽略过热段计算后的修正分析》一文建立修正的原则：
　　1)首先修正蒸发温度。
　　2)蒸发温度不能满足要求时修正制冷剂侧对流换热系数。本文采用更换更好的换热管(如内螺纹)方法。

　　3) 管内对流换热系数