一种针对前后分区百叶窗翅片的参数优化设计方法与流程

本发明涉及前后分区百叶窗翅片参数设计，尤其涉及一种针对前后分区前后分区百叶窗翅片的参数设计方法。

背景技术：

1、百叶窗翅片广泛应用于微通道换热器空气侧，用于改善气流组织、破坏热边界层并提高传热性能。现有百叶窗翅片换热器通常采用对称百叶窗角或少量非对称样件对比方式进行研究。当百叶窗角整体增大时，虽然有利于增强流动扰动和换热，但空气侧迎风阻力和压降损失明显增大；当百叶窗角整体减小时，虽然阻力降低，但后程扰动不足，热边界层沿程增厚，整体换热性能下降。

2、现有研究多数停留于单因素比较或局部参数讨论，缺少面向前后分区双角变量参数空间的系统优化框架。一方面，全空间遍历计算流体力学（cfd）需要较大的计算工作量，效率较低；另一方面，设计变量之间存在复杂耦合关系，传统经验试算难以在强化空气侧传热的同时兼顾阻力控制，难以面向不同工程目标输出代表性参数组合。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种针对前后分区百叶窗翅片的参数优化设计方法。该方法以前段百叶窗角和后段百叶窗角作为相互独立的设计变量，结合灵敏度筛选、试验设计、cfd响应数据库、显式代理模型、多目标优化及pec二次决策，实现空气侧传热性能与流动阻力性能的协同优化，并输出适于不同优化目标的代表性参数方案，其中对称优选组的pec更优，非对称优选组的传热因子更优。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种针对前后分区百叶窗翅片的参数优化设计方法，包括以下步骤：

3、s1、以前后分区百叶窗翅片为研究对象建立周期性三维 cfd 数值模型，并对所述cfd 数值模型进行模型可靠性验证，获得用于参数评价的热工水力性能数据；

4、s2、对所述前后分区百叶窗翅片的几何参数进行灵敏度筛选，确定核心设计变量及其取值范围；

5、s3、基于所述核心设计变量构建试验设计样本点，并通过所述 cfd 数值模型计算各样本点对应的传热因子和阻力因子，形成响应数据库；

6、s4、基于所述响应数据库建立传热因子与阻力因子的显式代理模型，并对所述显式代理模型进行有效性验证；

7、s5、基于所述显式代理模型，以最大化传热因子和最小化阻力因子为目标进行多目标优化，获得 pareto 最优解集；

8、s6、基于综合热工水力性能评价指标 pec 对所述 pareto 最优解集进行二次筛选，输出代表性参数方案。

9、优选的，在步骤s1中，所述cfd数值模型采用速度入口、压力出口、周期边界及受热壁面边界条件进行空气侧热流耦合计算，且所述cfd数值模型采用sst k-ω湍流模型进行求解。

10、优选的，在步骤s1中，所述模型可靠性验证包括网格无关性验证和经验关联式对比验证，所述经验关联式对比验证采用chang-wang关联式。

11、优选的，所述前后分区百叶窗翅片包括外框主体，外框主体的两相对侧壁上均间隔开设有前段开窗区和后段开窗区，所述前段开窗区和后段开窗区内均设置有多个相对来流方向倾斜设置的百叶窗片。

12、优选地，在步骤 s2 中，所述核心设计变量包括翅片间距、百叶窗间距、前段百叶窗角和后段百叶窗角，所述翅片间距为两相邻百叶窗片的间距，所述百叶窗间距为所述外框主体两相对侧壁的间距，所述前段百叶窗角为前段开窗区内百叶窗片的倾斜角度，所述后段百叶窗角为后段开窗区内百叶窗片的倾斜角度。

13、优选地，所述核心设计变量的取值范围为：

14、1.40 mm ≤≤ 2.00 mm；1.10 mm ≤≤ 1.40 mm；20.0° ≤≤ 32.0°；20.0° ≤≤ 32.0°。

15、优选地，在步骤s3中，采用四因素三水平的box-behnken试验设计构建参数样本点。

16、优选的，在步骤s5中，采用nsga-ii多目标优化算法对传热因子和阻力因子进行参数寻优。

17、优选地，在步骤 s6 中，所述代表性参数方案至少包括综合热工水力性能优先的对称优选组和传热性能优先的非对称优选组。

18、优选地，所述对称优选组对应的参数方案为：= 1.40 mm，= 1.40 mm，=20.0°，= 20.0°；所述非对称优选组对应的参数方案为：= 1.40 mm，= 1.40 mm，= 20.0°，= 24.0°。

19、其中，对称优选组在综合热工水力性能评价指标pec上更优，非对称优选组在传热因子j上更优。上述两类代表性参数方案均由同一优化方法在不同目标权衡下筛选得到，共同体现本发明方法的有效性。

20、综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

21、1、本发明的建立了面向前后分区前后分区百叶窗翅片的完整参数设计框架，围绕核心变量建立参数空间，目标明确，边界清晰，方法具有高度可重复性。解决了现有技术仅对有限离散样件进行简单比较的局限的问题。

22、2、本发明进行灵敏度筛选，剔除了对综合性能影响较弱的变量，有效减少了无效变量带来的试错成本和后续优化的维度灾难。

23、3、本发明基于cfd计算建立响应数据库，并构建二次显式回归代理模型，通过方差分析验证了模型的高置信度，二次显式回归代理模型能够替代大规模重复cfd计算，极大提升了设计效率。

24、4、本发明进行多目标优化，并结合 pec 评价指标对解集进行二次决策筛选，不仅实现了传热与阻力的协同优化，而且能够分别输出综合能效优先方案和换热强化优先方案，便于面向不同工程目标进行参数决策。

1.一种针对前后分区前后分区百叶窗翅片的参数设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的参数设计方法，其特征在于：

3.根据权利要求1或2所述的参数设计方法，其特征在于：

4.根据权利要求1所述的参数设计方法，其特征在于：

5.根据权利要求4所述的参数设计方法，其特征在于：

6.根据权利要求5所述的参数设计方法，其特征在于：

7.根据权利要求1所述的参数设计方法，其特征在于：

8.根据权利要求1所述的参数设计方法，其特征在于：

9.根据权利要求6所述的参数设计方法，其特征在于：

10.根据权利要求9所述的参数设计方法，其特征在于：