空气能作为一种新型可再生能源近年来备受关注,空气能热水器是一种利用空气能量对水进行加热的产品,其中最重要的部件之一是换热器。换热器性能受多种结构参数的影响,研究结构参数对提高整体空气能热水器性能至关重要。
传统换热器结构参数的研究大多以实验分析的方法为主,研究周期长、实验成本高,且多以单一评价指标对换热器性能进行评价,研究结果不具有全面性。因此本文考虑使用数值模拟方法对换热器进行计算,并结合多目标优化方法对换热器的不同结构参数进行优化设计。采用Workbench软件中的DM模块对四排平直翅片管换热器进行了参数化建模,并通过ICEM软件对模型进行网格划分,同时采用Fluent软件对模型进行了仿真求解。
文章先仿真探明了不同结构参数对翅片管换热器性能的影响规律;接着以翅片间距、横向管间距、纵向管间距以及椭圆长短轴之比四种参数为优化变量,以换热性能j因子和阻力性能f因子两种指标为优化目标,建立了优化变量与优化目标之间的神经网络模型;最后采取具有精英策略的非支配算法（NSGA-II）对所建立的网络模型进行搜索寻优,获得了一组满足多目标要求的结构参数较优解。
优化结果表明,以翅片管换热器的换热j因子最大和阻力f因子最小为优化目标所得到的较优结构参数组合为:翅片间距Fp=1.5mm、横向管间距St=30.618mm、纵向管间距Sl=28mm以及椭圆长轴a=5.90mm,短轴b=3.62mm。将优化得出的结构参数建立仿真模型,并通过Fluent软件求解后得出翅片管换热器换热j因子较优化前增加了4.20%,而阻力f因子较优化前减少了77.38%。这表明优化后的翅片管换热器虽然换热性能增加不大,但大大减小了阻力性能。本文所采用的研究方法和得出的研究成果为翅片管式换热器的结构参数优化研究提供一定的参考价值。
