机载三股流换热器优化设计研究

摘要

随着航空技术的发展，飞机总体性能和军事作战效能不断提高，高热流密度的大功率机载电子设备得到广泛应用，对飞机环境控制系统提出了更高的冷却要求。传统的空气循环制冷系统已难以满足机载电子设备的冷却需求，高效、紧凑的多股流换热器成为发展趋势。
　　本文以65号防冻液、R134a、空气作为三股换热介质的冷却系统为研究对象，基于数值计算、实验模拟等研究方法对其进行设计和性能分析，并据此进行优化设计。主要工作如下：
　　（1）本文推导了基于冷热流体分类法的三股流换热器的计算方法，并根据该方法对机载的三股流换热器进行设计计算，获得满足设计要求的机载三流流换热器的结构参数。
　　（2）基于ASPEN软件对三股流换热器进行设计计算，并通过改变换热器的通道排布方式与流体流动方式，优化机载三股流换热器，提高换热效果、降低压力损失。研究结果表明，冷热流体逆流的流动方式较叉流流动方式，空气侧压力损失小。并分析了冷热流体流量关系，对换热通道排布方式的影响。最后从换热效果及压力损失角度综合考虑，计算得出机载三股流换热器换热介质采取叉流流动模式，冷热流体间隔排布方式最佳。
　　（3）搭建了三股流换热器性能分析实验平台，验证了上述机载换热器设计方案的可行性和正确性。同时，研究表明：当三股流体均选择空气时，冷量随着冷流体流量的增加而增加，但当冷流体流量增加到一定程度时，会导致冷量过剩，从而产生热量内耗，影响换热效果，最后导致两股热流体出口温度下降速率减小。
　　该研究成果为机载三股流换热器的实际应用提供技术参考。

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注 释 表

第一章 绪论

1.1研究背景与意义

1.2机载换热器及发展历程

1.3三股流板翅式换热器国内外研究现状

1.4本文的研究内容

第二章 三股流板翅式换热器的设计计算

2.1翅片传热过程分析

2.2翅片效率

2.3表面效率

2.4翅片的传热方程式

2.5数值计算

2.6计算结果及分析

2.6本章小结

第三章 基于ASPEN软件的三股流板翅式换热器设计计算

3.1 ASPEN的简单介绍

3.2机载三股流换热器基本尺寸的设计

3.3机载三股流换热器性能及其影响因素分析

3.4优化后的机载三股流换热器

3.5本章小结

第四章 三股流板翅式换热器性能实验

4.1试验目的及实验原理

4.2实验设备

4.3试验准备及试验步骤

4.4实验数据及数据处理

4.5实验结果及误差分析

4.6本章小结

第五章 总结与展望

5.1工作总结

5.2工作展望

参考文献

致谢

在学期间的研究成果及发表的学术论文