换热器的传热系数确定方法、装置、电子设备及介质

技术领域

本发明涉及热力学技术领域，尤其涉及一种换热器的传热系数确定方法、装置、电子设备及介质。

背景技术

当前换热器内温度场的数值分析多采用经验或半经验公式模拟得到的传热系数来进行稳态热分析，计算得到换热器内温度场的分布与实测结果相差较大，计算速度慢且耗费人工；另外由于换热器的设计结构越来越复杂，换热器内壳流与管流流动状态也较为复杂，当前众多研究都未明确给出可直接用于复杂结构换热器温度场分析的传热系数的确定方法。

发明内容

本发明提供一种换热器的传热系数确定方法、装置、电子设备及介质，用以解决现有技术中传热系数计算速度低的技术问题。

本发明提供一种换热器的传热系数确定方法，包括：

确定目标换热器内的至少一个监测点的实测温度和所述目标换热器中的多个待监测区域分别对应的预设传热系数；

基于所述至少一个监测点的实测温度和所述多个待监测区域分别对应的预设传热系数，对所述目标换热器进行热分析，确定所述至少一个监测点的仿真温度；

基于所述至少一个监测点的仿真温度和所述至少一个监测点的实测温度，对所述多个待监测区域分别对应的预设传热系数进行优化，得到所述多个待监测区域分别对应的目标传热系数。

在一些实施例中，所述确定目标换热器内的至少一个监测点的实测温度和所述目标换热器中的多个待监测区域分别对应的预设传热系数之前，所述方法还包括：

基于所述目标换热器的结构特征，将所述目标换热器划分为所述多个待监测区域；

在所述多个待监测区域选取所述至少一个监测点，确定所述至少一个监测点的实测温度。

在一些实施例中，所述基于所述至少一个监测点的仿真温度和所述至少一个监测点的实测温度，对所述多个待监测区域分别对应的预设传热系数进行优化，得到所述多个待监测区域分别对应的目标传热系数，包括：

基于所述至少一个监测点的仿真温度和所述至少一个监测点的实测温度，确定目标函数的值，所述目标函数用于指示所述仿真温度和所述实测温度之间的相似度；

在所述目标函数的值小于预设阈值的情况下，确定所述多个待监测区域分别对应的目标传热系数。

在一些实施例中，所述目标函数为：

其中，h

在一些实施例中，所述对所述目标换热器进行热分析包括：

基于ANSYS软件中的热分析模块，对所述目标换热器进行热分析；

所述对所述多个待监测区域分别对应的预设传热系数进行优化包括：

基于所述ANSYS软件中的一阶优化算法，对所述多个待监测区域分别对应的预设传热系数进行优化。

在一些实施例中，所述得到所述多个待监测区域分别对应的目标传热系数之后，所述方法还包括：

基于所述多个待监测区域分别对应的目标传热系数，确定所述目标换热器内的温度场的分布信息。

本发明还提供一种换热器的传热系数确定装置，包括：

第一确定模块，用于确定目标换热器内的至少一个监测点的实测温度和所述目标换热器中的多个待监测区域分别对应的预设传热系数；

第二确定模块，用于基于所述至少一个监测点的实测温度和所述多个待监测区域分别对应的预设传热系数，对所述目标换热器进行热分析，确定所述至少一个监测点的仿真温度；

第三确定模块，用于基于所述至少一个监测点的仿真温度和所述至少一个监测点的实测温度，对所述多个待监测区域分别对应的预设传热系数进行优化，得到所述多个待监测区域分别对应的目标传热系数。

本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述换热器的传热系数确定方法。

本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述换热器的传热系数确定方法。

本发明还提供一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述换热器的传热系数确定方法。

本发明提供的换热器的传热系数确定方法、装置、电子设备及介质，通过目标换热器内多个待监测区域分别对应的预设传热系数和至少一个监测点的实测温度，对目标换热器进行热分析，得到监测点的仿真温度，并且根据有限数量的监测点的实测温度与仿真温度，可以快速确定目标换热器内各区域的目标传热系数。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的换热器的传热系数确定方法的流程示意图；

图2是本发明提供的换热器的传热系数确定方法的典型换热器结构示意图；

图3是本发明提供的换热器的传热系数确定方法的待监测区域划分示意图；

图4是本发明提供的换热器的传热系数确定方法的监测点分布示意图；

图5是本发明提供的换热器的传热系数确定装置的结构示意图；

图6是本发明提供的电子设备的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供的换热器的传热系数确定方法的执行主体可以是电子设备、电子设备中的部件、集成电路、或芯片。该电子设备可以是移动电子设备，也可以为非移动电子设备。示例性的，移动电子设备可以为手机、平板电脑、笔记本电脑、掌上电脑、车载电子设备、可穿戴设备、超级移动个人计算机(ultra-mobile personal computer，UMPC)、上网本或者个人数字助理(personal digital assistant，PDA)等，非移动电子设备可以为服务器、网络附属存储器(Network Attached Storage，NAS)、个人计算机(personal computer，PC)、电视机(television，TV)、柜员机或者自助机等，本发明不作具体限定。

下面以计算机执行本发明提供的换热器的传热系数确定方法为例，详细说明本发明的技术方案。

图1为本发明提供的换热器的传热系数确定方法的流程示意图。参照图1，本发明提供的换热器的传热系数确定方法包括：步骤110、步骤120和步骤130。

步骤110、确定目标换热器内的至少一个监测点的实测温度和目标换热器中的多个待监测区域分别对应的预设传热系数；

步骤120、基于至少一个监测点的实测温度和多个待监测区域分别对应的预设传热系数，对目标换热器进行热分析，确定至少一个监测点的仿真温度；

步骤130、基于至少一个监测点的仿真温度和至少一个监测点的实测温度，对多个待监测区域分别对应的预设传热系数进行优化，得到多个待监测区域分别对应的目标传热系数。

在本申请实施例中，目标换热器可以是需要确定内部流场传热系数的传热器。目标换热器的类型可以是两相流体换热器，包括但不限于海水-淡水换热器或其他流体换热器。

可以理解的是，目标换热器的内部空间可以分为多个换热区域，换热区域即为待监测区域。多个待监测区域分别对应的预设传热系数可以根据实际需求确定，在此不作具体限定。

在目标换热器的内部空间可以任意设置至少一个监测点，并确定至少一个监测点的实测温度。监测点的数量可以根据实际需求确定，监测点的实测温度所对应的测量方式也可以根据实际情况选取，在此不作具体限定。

在一些实施例中，对目标换热器进行热分析包括：基于ANSYS软件中的热分析模块，对目标换热器进行热分析。

在实际执行中，将至少一个监测点的实测温度和多个待监测区域分别对应的预设传热系数输入至有限元仿真软件ANSYS的热分析模块，实现对目标换热器的热分析，并可以输出至少一个监测点的仿真温度。

其中，热分析模块用于计算一个系统或部件的温度分布及其它热物理参数，如热量的获取或损失、热梯度、热流密度等。热分析在许多工程应用中扮演重要角色，如内燃机、涡轮机、换热器、管路系统、电子元性等。

基于至少一个监测点的仿真温度和实测温度，对多个待监测区域分别对应的预设传热系数进行优化，并且输出优化后的每个待监测区域分别对应的目标传热系数。

本发明提供的换热器的换热系数确定方法，通过目标换热器内多个待监测区域分别对应的预设传热系数和至少一个监测点的实测温度，对目标换热器进行热分析，得到监测点的仿真温度，并且根据有限数量的监测点的实测温度与仿真温度，可以快速确定目标换热器内各区域的目标传热系数。

在一些实施例中，对多个待监测区域分别对应的预设传热系数进行优化包括：基于ANSYS软件中的一阶优化算法，对多个待监测区域分别对应的预设传热系数进行优化。

需要说明的是，一阶优化算法是一种局部寻优的精确优化方法，使用因变量对设计变量的偏导数，基于目标函数对设计变量的敏感程度，在每次迭代中，梯度计算(最大斜度法或共扼方向法)搜索最优方向，并用线搜索法对非约束问题进行最小化，计算量大且结果精确，更加适合于精确的优化分析。

在一些实施例中，在步骤110之前，换热器的传热系数确定方法还包括：

基于目标换热器的结构特征，将目标换热器划分为多个待监测区域；

在多个待监测区域选取至少一个监测点，确定至少一个监测点的实测温度。

可以理解的是，不同的目标换热器具有不同的结构特征，目标换热器结构的结构越复杂，不规则的区域越多，换热系数的分布越不均匀。

在实际执行中，可以根据目标换热器的结构特征，将目标换热器划分为多个待监测区域，可以尽量将不规则的区域都划分出来，使得计算结果更为准确。然后在目标换热器内部选取至少一个监测点。

需要说明的是，待监测区域划分可以越细越好，但是监测点可以随机选取。监测点可以在每个待监测区域都选取，也可以只在某几个待监测区域选取，因为监测点只是为了验证实测温度和仿真温度的差异，因此只要设置有限的几个监测点。监测点和待监测区域没有直接对应的关系。

下面以海水-淡水换热器为例来说明本申请实施例。

如图2所示，该目标换热器由换热管1，换热器壳体2，淡水3，海水4组成，其中海水4为冷却水给换热管1内淡水3冷却。为达到充分冷却目的，换热管1在换热器壳体2内呈弯曲状态增大换热面积。

如图3所示，将目标换热器内部空间划分为的7个换热区，也就是7个待监测区域，即区域1、区域2、区域3、区域4、区域5、区域6和区域7。由于各个待监测区域的结构不同，使得换热管周围的传热系数也出现差异。已知的温度边界条件为：换热器海水进口温度Th1，海水出口温度Th2；淡水进口温度Td1，淡水出口温度Td2。

如图4所示，目标换热器内可以设置j个监测点，本实施例中有8个监测点，分别为T1、T2、T3、T4、T5、T6、T7和T8。各监测点的实测温度设为T

为进一步方便分析换热器内温度场，将每个待监测区域的预设传热系数定义设为h

在一些实施例中，基于至少一个监测点的仿真温度和至少一个监测点的实测温度，对多个待监测区域分别对应的预设传热系数进行优化，得到多个待监测区域分别对应的目标传热系数，包括：

基于至少一个监测点的仿真温度和至少一个监测点的实测温度，确定目标函数的值，目标函数用于指示仿真温度和实测温度之间的相似度；

在目标函数的值小于预设阈值的情况下，确定多个待监测区域分别对应的目标传热系数。

在实际执行中，运用有限元仿真软件ANSYS对目标换热器内温度场进行求解分析，可以得到每个监测点的仿真温度。

本申请实施例可以定义监测点实测温度与仿真温度的差的平方和为目标函数。目标函数用于指示仿真温度和实测温度之间的相似度，相似度越高，目标函数的值越小，相似度越低，目标函数的值越大。相似度指的是仿真温度的值和实测温度的值的趋近程度。

在确定至少一个监测点的仿真温度和实测温度之后，计算目标函数的值。在目标函数的值大于预设阈值的情况下，说明目标函数的值还没有收敛仿真温度和实测温度还存在明显差异，即需要对预设传热系数进行进一步优化调整。在目标函数的值小于预设阈值的情况下，说明目标函数的值已收敛，仿真温度和实测温度已无线趋近，则可以确定多个待监测区域分别对应的目标传热系数。

预设阈值可以为无限接近于0的数值，可以根据用户需求设置，在此不作具体限定。

在一些实施例中，目标函数为：

其中，h

在实际执行中，根据上述实施例中目标函数的定义，目标函数Φ(hi)通过下式表示监测点的实测温度与仿真温度的差的平方和：

其中，h

将初始的预设传热系数为(h

本发明提供的换热器的换热系数确定方法，将目标换热器内空间划分为多个待监测区域，以各待监测区域的传热系数为设计参量，将目标换热器内的监测点的实测温度与仿真温度的差值定义为目标函数，基于有限元仿真软件ANSYS的优化设计模块，快速迭代求解得到目标函数最小值，并输出优化后的目标传热系数；通过有限数量的温度监测点，可快速确定目标换热器内各区域的传热系数，且仿真得到的温度与实测温度吻合良好，计算收敛速度快，适合作为复杂结构换热器结构快速设计方法。

在一些实施例中，得到多个待监测区域分别对应的目标传热系数之后，换热器的传热系数确定方法还包括：

基于多个待监测区域分别对应的目标传热系数，确定目标换热器内的温度场的分布信息。

在实际执行中，基于优化后的目标传热系数，可以重新计算目标换热器内各个换热区域的仿真温度的计算值，进而可以得到目标换热器内的温度场分布信息。

由于在复杂结构换热器中各换热区域对传热系数影响因素多，求解困难，传统的数值计算多采用经验公式或试错法，收敛速度慢，计算结果精度低且耗费人工。本发明利用ANSYS软件进行优化设计，基于有限几个温度监测点的实测温度，可快速计算得到目标换热器内的传热系数分布，并得到相对准确的换热器内温度分布，适合作为复杂结构换热器结构快速设计方法。

本发明借助ANSYS有限元软件，结合优化反求分析原理，提出一种快速确定目标换热器内不同区域的传热系数方法，并借助优化得到的换热系数可得到准确的换热器内温度场分布。

下面对本发明提供的换热器的传热系数确定装置进行描述，下文描述的换热器的传热系数确定装置与上文描述的换热器的传热系数确定方法可相互对应参照。

图5是本发明提供的换热器的传热系数确定装置的结构示意图。参照图5，本发明提供的换热器的传热系数确定装置包括：第一确定模块510、第二确定模块520和第三确定模块530。

第一确定模块510，用于确定目标换热器内的至少一个监测点的实测温度和所述目标换热器中的多个待监测区域分别对应的预设传热系数；

第二确定模块520，用于基于所述至少一个监测点的实测温度和所述多个待监测区域分别对应的预设传热系数，对所述目标换热器进行热分析，确定所述至少一个监测点的仿真温度；

第三确定模块530，用于基于所述至少一个监测点的仿真温度和所述至少一个监测点的实测温度，对所述多个待监测区域分别对应的预设传热系数进行优化，得到所述多个待监测区域分别对应的目标传热系数。

本发明提供的换热器的传热系数确定装置，通过目标换热器内多个待监测区域分别对应的预设传热系数和至少一个监测点的实测温度，对目标换热器进行热分析，得到监测点的仿真温度，并且根据有限数量的监测点的实测温度与仿真温度，可以快速确定目标换热器内各区域的目标传热系数。

在一些实施例中，所述装置还包括：

第四确定模块，用于在所述确定目标换热器内的至少一个监测点的实测温度和所述目标换热器中的多个待监测区域分别对应的预设传热系数之前，基于所述目标换热器的结构特征，将所述目标换热器划分为所述多个待监测区域；

在所述多个待监测区域选取所述至少一个监测点，确定所述至少一个监测点的实测温度。

在一些实施例中，所述第三确定模块530，还用于：

基于所述至少一个监测点的仿真温度和所述至少一个监测点的实测温度，确定目标函数的值，所述目标函数用于指示所述仿真温度和所述实测温度之间的相似度；

在所述目标函数的值小于预设阈值的情况下，确定所述多个待监测区域分别对应的目标传热系数。

在一些实施例中，所述目标函数为：

其中，h

在一些实施例中，所述第二确定模块520，还用于：

基于ANSYS软件中的热分析模块，对所述目标换热器进行热分析；

所述第三确定模块530，还用于：

基于所述ANSYS软件中的一阶优化算法，对所述多个待监测区域分别对应的预设传热系数进行优化。

在一些实施例中，所述装置还包括：

第五确定模块，用于在所述得到所述多个待监测区域分别对应的目标传热系数之后，基于所述多个待监测区域分别对应的目标传热系数，确定所述目标换热器内的温度场的分布信息。

图6示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图6所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)610、通信接口(Communications Interface)820、存储器(memory)630和通信总线640，其中，处理器610，通信接口620，存储器630通过通信总线640完成相互间的通信。处理器610可以调用存储器630中的逻辑指令，以执行换热器的传热系数确定方法，该方法包括：

确定目标换热器内的至少一个监测点的实测温度和所述目标换热器中的多个待监测区域分别对应的预设传热系数；

基于所述至少一个监测点的实测温度和所述多个待监测区域分别对应的预设传热系数，对所述目标换热器进行热分析，确定所述至少一个监测点的仿真温度；

基于所述至少一个监测点的仿真温度和所述至少一个监测点的实测温度，对所述多个待监测区域分别对应的预设传热系数进行优化，得到所述多个待监测区域分别对应的目标传热系数。

此外，上述的存储器630中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机程序，计算机程序可存储在非暂态计算机可读存储介质上，所述计算机程序被处理器执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的换热器的传热系数确定方法，该方法包括：

确定目标换热器内的至少一个监测点的实测温度和所述目标换热器中的多个待监测区域分别对应的预设传热系数；

基于所述至少一个监测点的实测温度和所述多个待监测区域分别对应的预设传热系数，对所述目标换热器进行热分析，确定所述至少一个监测点的仿真温度；

基于所述至少一个监测点的仿真温度和所述至少一个监测点的实测温度，对所述多个待监测区域分别对应的预设传热系数进行优化，得到所述多个待监测区域分别对应的目标传热系数。

又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各方法提供的换热器的传热系数确定方法，该方法包括：

确定目标换热器内的至少一个监测点的实测温度和所述目标换热器中的多个待监测区域分别对应的预设传热系数；

基于所述至少一个监测点的实测温度和所述多个待监测区域分别对应的预设传热系数，对所述目标换热器进行热分析，确定所述至少一个监测点的仿真温度；

基于所述至少一个监测点的仿真温度和所述至少一个监测点的实测温度，对所述多个待监测区域分别对应的预设传热系数进行优化，得到所述多个待监测区域分别对应的目标传热系数。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如ROM/RAM、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。