板翅式换热器换热效能三元线性回归模型及其系数辨识

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaSep252012V01．33No91571—1577ISSN1000．6893CN11—1929／Vhttp：#hkxb．buaa．edu．Cahkxb@buaaeducn文章编号：10006893(2012)09—157107板翅式换热器换热效能三元线性回归模型及其系数辨识董素君1’2’，王凯1’2，高红霞1’2，王浚1’21．北京航空航天大学航空科学与工程学院，北京1001912．北京航空航天大学人机工效与环境控制重

2、点学科实验室，北京100191摘要：针对系统仿真需要，忽略壁面导热热阻和流体物性参数变化，推导出一定对流换热准则形式下，板翅式换热器传热单元数(NTU)与两种流体介质质量流量间的三元线性回归模型。利用少量换热器性能试验数据，以MATLAB内嵌最小二乘法可准确确定该模型系数，进而获得换热效能曲面。对比研究结果表明：该模型不仅试验数据少、拟合精度高，且具有一定的鲁棒性；即使不能准确知道换热器结构参数或传热因子的拟合公式，也能利用少量性能试验数据合理给出换热效能曲面，解决系统仿真研究时换热器模型参数的输入

3、难题。关键词：线性回归；板翅式换热器；换热效能；系统仿真；系数辨识中图分类号：V245．3+4文献标识码：A系统仿真是飞行器热管理系统方案设计与优化的主要技术手段[1。2]。板翅式换热器作为飞行器热管理系统的主要部件，其换热效能参数直接影响出口位置气流温度，尤其是当换热器数量较多时，对整个系统运行性能的影响更为显著。考虑到特定系统特定换热器实际使用时来流温度变化范围并不大，可以忽略换热介质物性参数变化的影响，利用不同质量流量下换热效能曲面(即e—f(m。，m。)，e为换热效能；m，和m：分别为换热器

4、热、冷侧流体质量流量)的数据建立换热器仿真模型[3J，以提高其仿真效率和准确性，满足大系统仿真需求。一般来说，板翅式换热器的换热效能可以依据翅片换热系数拟合经验公式[4。7]进行计算。但是受加工工艺和精度等因素影响，实际翅片换热系数与经验公式计算结果往往存在一定偏差L8虬；而且板翅式换热器的换热效能还与进出口流道分配情况有很大关系[1”¨j，因此这种利用换热系数计算换热效能的方法将带来偏差。换热器换热效能还可以利用其性能试验数据进行拟合。文献E12]给出一种利用换热器性能试验数据拟合平均对流换热系数

5、的方法，所用模型包含6个自由度参数，非线性算法复杂，拟合的平均换热系数与试验结果误差高达8％。本文忽略壁面导热热阻和流体物性参数变化的影响，推导出一定对流换热准则形式下，板翅式换热器传热单元数(NTU)与两种流体介质质量流量问的三元线性回归模型，利用少量换热器性能试验数据，以MATLAB内嵌最小二乘法[1=；j可准确地确定该模型的系数，进而获得换热效能曲面。收稿日期：2012．03—14；退修日期：2012—04—05；录用日期：2012—05—07；网络出版时间：2012—05—2314：45网络

6、出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／111929．V201205231445．003htmI基金项目：航空科学基金(20080451014)*通讯作者Tel：010-82338391E—mail：dsj@buaaeduG13引用格武}DongSJ．WangK，GaoHX，eta1．Aternarylinearregressionmodelanditscoefficientsidentificationofheattransferefficiencyforplate—finhe

7、atexchanger．ActaAeronauticaetAstronauticaSinica，2012．33(9)：1571—1577．董素君．I凯-高红覆，等．板翅式换热嚣换热效能三元线性回归模型及其系数辨识．航空学报．2012，33(9)：1571—1577航空学报Sep252012Vol33No91数学模型1．1模型假设以特定系统中换热器稳态效能仿真为目的，作如下假设和简化：1)采用集总参数法[14

8、。2)忽略板翅式换热器壁面导热热阻口“。3)来流温度变化范围不大，忽略其对换热工质物性参数的

9、影响。1．2公式推导不同型面翅片传热因子j可根据试验数据按雷诺数Re指数关系进行拟合，即Rg一_md(1)Ac肚式中：77z为工质质量流量；d为水力直径；A。为最小自由流通截面积；ft为工质动力黏度。歹一CRe”(2)式中：C和上标以为常数，与翅片型面有关。板翅式换热器传热系数a可利用翅片型面传热因子进行计算，即a—y但At‘南(3)a⋯F声¨J式中：Pr为工质普朗特数；C。为工质定压比热。将式(1)和式(2)代入式(3)，得传热系数与质量流量间的关系式为a—Cx／”