一种紧凑型换热器的流量主动分配系统

本发明涉及换热器设计，具体涉及一种紧凑型换热器的流量主动分配系统。

背景技术：

1、发展海洋装备制造业对于提升我国工业水平及核心竞争力具有十分重要的地位。核动力船舶和海洋核动力平台在海上航行或工作时受到来自海风、海浪以及洋流等海洋环境的影响，会产生起伏、倾斜和摇摆等一系列运动，其中摇摆的作用是最复杂的。摇摆引入的附加外力使得装置中工质流量、温度等发生周期性波动，这对船用核动力装置的性能和稳定性提出了更高的要求。

2、紧凑性换热器以其高效的热交换能力和紧凑的结构在海洋工程系统中有限的空间内得以充分利用。为提高紧凑性换热器换热的换热能力，传热芯体部分往往具有多根并列排布的传热通道，且不同传热通道中的流量分配往往由同一个入口联箱实现。因此，随着与入口联箱距离的变化，不同传热通道中分配获得的流量将发生变化，即流量分配不均现象。在摇摆条件下，摇摆运动会导致流量分配不均现象更加剧烈，不仅降低了换热器的换热效率，还可能引发设备故障，影响船舶的安全运行。因此，调控船用摇摆条件下紧凑型换热器中的流量分配，对于船用换热器的安全运行具有十分重要的意义。

3、目前，紧凑型换热器中常见的流量分配调控方法主要包括结构优化和多级分布系统。然而，此类装置大多是在稳定运行条件下提出的，其难以应对摇摆条件下更加复杂且随机性更大的流量分布状态。

4、基于此，本发明提出了一种新型的适用于摇摆条件下主动调控紧凑型换热器入口流量分配系统。通过流量、受力、位移的综合调节以应对船用换热器在摇摆及静止条件下复杂的流量分配状态，保证海洋工程领域用换热器在摇摆条件下仍可保持安全高效的运行状态。

技术实现思路

1、针对现有的紧凑型换热器在摇摆条件下流体进入传热通道时在入口位置会发生剧烈的流量分布不均匀现象进而导致换热器无法安全及高效运行的问题，本发明提出了一种紧凑型换热器的流量主动分配系统。通过此系统，一方面可有效地保证紧凑型换热器在摇摆提条件下可主动应对由于外界摇摆作用力导致的流量波动现象，使不同传热通道在入口位置可获得均匀分配的流量；另一方面可改善紧凑型换热器在常规静态条件下由于压力分布不均导致的流量分配不均现象。

2、为实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明是通过以下技术方案实现：

3、一种紧凑型换热器的流量主动分配系统，包括入口接管、入口联箱、具有多根传热通道的传热芯体、出口联箱、出口接管、导轨、滑块、流量传感器、力传感器、位移传感器、推动系统，导轨位于入口联箱上，滑块与导轨间隙配合，流量传感器位于传热芯体中传热通道入口位置，力传感器位于导轨底部，滑块上安装有位移传感器；

4、进一步的，所述流量传感器将检测到的流量波动值δq反馈至位移传感器，位移传感器根据流量波动值δq计算位移变化量δx,并反馈给力传感器，力传感器根据位移信息计算所需要施加的力并作用于推动系统，使其推动滑块运动；具体包括：

5、s1：流量传感器测得的流量波动值δq；通过流体的连续性方程得到流体位移变化量δx；

6、s2：根据计算流体的动量变化，并根据牛顿第二定律，计算流体的动量变化引起的力f，从而计算滑块的位移变化δx：

7、s3：位移传感器反馈位移变化δx给力传感器。

8、s4：力传感器根据胡可定律f＝k·δx计算施加的力,并作用于推动系统，从而实现对滑块的控制与推动；式中：f：力传感器测得的力(n)；k：滑块与导轨之间的刚度系数(n/m)。

9、进一步的，所述滑块的数量与传热通道的数量一致，使得任一传热通道中的流量均可通过滑块进行线性调节。

10、进一步的，所述滑块的横截面积略大于传热通道的入口面积且滑块上具有多个小孔，使得滑块增加流体流动阻力的同时仍可保证流体可通过滑块进入不同传热通道。

11、进一步的，所述滑块上小孔所占的整体孔隙率为20％～60％，距入口接管最近的换热通道对应具有20％孔隙率的滑块，距入口接管最远的换热通道对应具有60％孔隙率的滑块，即流量大的换热通道通过对应孔隙率小的滑块，使得换热通道被滑块覆盖后，不同通道中的流量可达到持平效果。

12、进一步的，所述入口联箱为z型或i型配置方式，不同的配置方式对应不同的滑块安装方式；在z型配置方式联箱中，导轨沿y方向设置，对应的滑块沿y方向前后移动；在i型配置方式联箱中导轨沿x方向设置，对应的滑块沿x方向左右移动。

13、进一步的，所述推动系统为电动执行系统、液压执行系统或气动执行系统，推动系统推动滑块在导轨上沿既定方向运动。

14、进一步的，所述流量传感器、位移传感器与力传感器间的信息互送方式为有线输送方式或无线输送方式，流量传感器将流量信息波动反馈给位移传感器以完成信号传输及反馈过程。

15、本发明的有益效果：

16、本发明通过引入流量主动分配系统，利用流量传感器实时监测各传热通道的流量情况，通过位移传感器和力传感器的协同工作，及时调整滑块的位置，从而优化了流量分配。这一技术方案解决了传统换热器难以适应动态流量变化的局限性，提升了系统的适应性，同时快速而精准的流量调节机制，有效提升了系统在热源波动时的响应速度和稳定性，避免了换热效率的下降。

17、本发明通过位移传感器和力传感器的协同工作，这种主动调节机制使得设备可以在复杂动态环境下保持稳定高效的运行状态，减少了摇摆引起的换热效率损失和设备磨损，提升了整体设备的可靠性和安全性。

18、本发明通过滑块的线性调节能力实现流量的均匀分配。使用滑块对传热通道进行动态调节，以应对流体流动的非均匀性。这一功能依托于流量传感器检测到的实时流量数据，结合位移传感器和力传感器的反馈机制来精确控制滑块的运动。滑块横截面积略大于通道入口，并设计有不同孔隙率的小孔，以此调整各通道的流体阻力，从而在不同传热通道之间实现流量的均衡分配。滑块的移动通过执行系统，如电动、液压或气动装置来实现，根据传感器反馈信息精确调整其位置，以确保在任何工况下，各通道的流量都保持最佳分配状态，这极大地提高了系统的换热效率。

19、本发明通过流量传感和力感知的协同作用来实现动态适应海洋环境下的摇摆条件；当受到海洋摇摆影响时，流体流动的方向和速度会发生变化，从而导致流量的不均匀分布。系统通过实时监测流量波动和相应的受力变化，利用位移传感器计算出滑块需要调整的位移量，并通过力传感器适时施加适当的调节力，推动滑块做出及时响应调整。这种主动调节机制使得设备可以在复杂动态环境下保持稳定高效的运行状态，减少了摇摆引起的换热效率损失和设备磨损，提升了整体设备的可靠性和安全性。

20、本发明系统的结构设计兼具灵活性和优化性。滑块设计的孔隙率是根据预期的流量阻力需求进行精确计算的，以此优化各通道的流量分布。较接近入口的通道可能需要较低的孔隙率来增加阻力，而较远的通道则需要较高的孔隙率以减小阻力。滑块不仅有效控制流体流动，还能在结构上适应不同的联箱配置，提供了z型和i型多种安装方式，这种灵活的结构设计可以根据实际海洋环境需求进行调整，从而进一步优化流量分配，避免由于流体流速不同而导致的传热不均衡问题。

21、本发明系统在信息传输和反馈控制方面展现了高可靠性。流量传感器、位移传感器和力传感器之间采用高效的数据传输方式(有线或无线)，确保信息传递的快速和准确，避免因数据传输延迟而导致的调节不及时问题。传感器反馈的实时信息使得系统能够迅速响应当前的流量和压力变化，调整滑块的位移，确保流体在传热通道中的均衡流动。这一机制不仅提高了动态运行时的效率，还在设备正常工作时通过优化流量的分配，提升了整体换热能力和操作安全性。

22、当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。