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摘 要

板翅式换热器作为一种高效、紧凑的换热器已得到了广泛应用。然而板翅式换热器因存在翅片种类多、通道排列复杂等问题，导致其开发周期长、自动化设计难度大。

本文基于实验数据，在已有的单回路板翅式换热器设计软件的基础上使用VB.NET重新开发了一套多路组合的板翅式换热器设计软件，以设计多路热流体在同一套板翅式换热器中的冷却流程。软件从实验数据中利用插值法和拟合法提取设计所需的数据，并结合理论公式进行换热器设计，简化了复杂的通道设计计算。

本文简要介绍了已有的单回路板翅式换热器设计软件的平台、功能和计算原理，详细介绍了本软件的设计原理、程序结构、功能和操作方法，并给出了一个计算实例。在环境温度35℃，超出温度2℃的条件下，要求将第一个芯体内的工质流体（WD-55, 流量为40L/min）和第二个芯体内的工质流体（isovg46, 流量为15L/min）从80℃冷却到70℃。本文分别设计了一个串联形式和一个并联形式的组合式换热器，并就串联和并联回路的适用条件进行了分析，发现芯体的换热效率相近时，串联回路适合各芯体的换热功率差距大的情况，并联回路适合各芯体的换热功率差距小的情况。

关键词：多回路，板翅式换热器，VB.NET，设计软件

Abstract

Plate-fin heat exchanger has been widely used as a high efficiency compact heat exchanger. However, due to the various fin types and the complicated channel arrangement, the design of plate-fin heat exchanger is difficult and time-consuming.

A multi-loop plate-fin heat exchanger (MLPFHE) design software is developed by using VB.NET on the basis of an existing single-loop plate-fin heat exchanger (SLPFHE) design software. The MCPFHE design software combines experimental data with theoretical formula to design series and parallel loops. Interpolation and fitting methods are applied to extract experimental data and correlations. By the above methods, the design of the plate-fin heat exchanger is greatly simplified.

Firstly, this thesis briefly introduces the platform, function and calculation principle of the existing SLPFHE design software. Then, the design principle, program structure, function and operation method of the MLPFHE design software are introduced in detail, and a calculation example is given. Under the condition of an ambient temperature of 35℃ and an exceeding temperature of 2℃, a requirement is set that cooling the working fluid (WD-55, 40L/min) in the first core and the working fluid (isovg46, 15L/min) in the second core from 80℃ to 70℃. Accordingly, a series loop and a parallel loop are designed and analyzed. It is found that, when the heat transfer efficiencies are similar, the series loop is suitable for the condition that the component cores have big difference in heat transfer power while the parallel circuit is suitable for the opposite condition.

KEY WORDS: multi-loop, plate-fin heat exchanger, VB.NET, design software

目 录

第一章 绪论 1

1.1 研究背景及意义 1

1.2 板翅式换热器的结构特点 1

1.2.1 基本单元 1

1.2.2 翅片的作用和型式 2

1.3 换热器性能的测试研究方法 3

1.4 板翅式换热器的计算机辅助设计 3

1.5 本文研究内容 4

第二章 单回路板翅式换热器设计软件介绍 5

2.1 引言 5

2.2 软件平台 5

2.3 软件功能 5

2.4 软件计算原理 7

2.5 本章小结 8

第三章 软件的计算 9

3.1 引言 9

3.2 计算基本原理 9

3.2.1 相似原理 9

3.2.2 换热器的几何尺寸 9

3.2.3 内外侧流体流动状态 10

3.2.4 热力计算基本方程式 11

3.2.5 插值与拟合算法 11

3.3 软件计算过程编写 12

3.3.1 式样处理函数 12

3.3.2 风扇处理函数 14

3.3.3 分层处理函数 15

3.3.4 主函数 19

3.4 本章小结 19

第四章 软件操作说明 20

4.1 引言 20

4.2 原始数据说明 20

4.3 设置环境温度和超出温度 21

4.4 查看与选取式样文件 21

4.5 设置与读取回路数据 22

4.6 设置与读取风量数据 23

4.7 运行、查看结果与保存 23

4.8 本章小结 24

第五章 设计计算结果实例 25

5.1 设计条件 25

5.2 设计过程与设计结果 25

5.3 设计结果分析 30

5.4 本章小结 30

第六章 结论与展望 31

6.1 本文的研究结论 31

6.2 后续工作及展望 31

参考文献 33

致 谢 35

第一章 绪论

研究背景及意义

由于能源和原材料的成本上涨，工业应用中的节能降耗非常重要。因此，生产厂家不断追求更高的能源回收率和更全面的流程整合方法，而换热网络的优化就是其中关键的一个问题。换热器是换热网络的核心部件。受换热器结构复杂程度和制造工艺的限制，以前有关换热网络的理论研究和工程设计的对象主要为两股流换热器，且结构形式多为管壳式。但贺云根等人的研究表明，板翅式换热器相较于管壳式换热器有着多方面的优势：板翅式换热器具有更高的传热系数，以及更低的换热面积、换热器体积和空气侧阻力[1]。

两股流板翅式换热器因结构简单紧凑、传热效率高在航空航天、电子和机械等领域得到了广泛的应用。它的设计计算方法也已趋于成熟。在这种换热器内的每一股流体采用单迭布置的情况下，翅片绝热面的位置为每层通道的中心线处，流体的流动方式对其不造成任何影响。所以，已知结构的两股流板翅式的翅片效率为定值，可利用效能-传热单元数法或对数平均温差法进行工程上的设计计算[2]。

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