基于图论的翅片管换热器三维仿真软件开发

　　量流量。

　　控制容积中空气的能量平衡方程为7；为空气定性温度，7，7；。为空气进口与出口干球温度；/7.为换热器翅片效率。当换热器采用波纹形翅片时，采用Wang（1999）wl的经验关联式计算a，采用Yang（1998）的关联式，单相区采用（：1601<4“16"°的关联式：冷凝时，两相区采用M.GotonI的关联式，单相区采用SmithK11的关联式。对于过热区和过冷区，制冷剂加速压降忽略不计。

　　1.2.2空气侧基本控制方程对于空气由于不计压降，故只考虑连续性方程及能量方程。

　　控制容积中空气的连续性方程为前控制容积空气质量流量确定；心为出口空气质1.2.3管翅基本控制方程为管翅间导热示意图，在稳态情况不考虑管翅的能量积聚，因而进出管翅的热量应相等，得的控制方程。

　　1.2.4流路的分叉和汇合对于具有多流路布置的换热器中，采取以下方式确定多个分支汇合后的制冷剂状态，以及分叉后各分支的制冷剂状态。

　　对于汇合后制冷剂的比焓值和压力值由以下方程求得，而其它参数直接由这两个参数确定：力；Ark第k条分支制冷剂比焓；G*第k条分支制冷剂质童流量。

　　对于分叉后各分支的中制冷剂的比焓值和压力值由以下方程求得，而其它参数直接由这两个参数确定：1.3仿真算法在确定换热器的结构参数、管道连接关系以及空气和制冷剂的工况参数后，根据已有的管道连接的邻接矩阵，确定换热计算路径和压降计算路径。

　　然后分别根据换热和压降计算路径进行换热器的换热计算和压降计算，并通过各支路压降计算结果调整支路中的制冷剂流量，使相同起始点的压降支2仿真软件的基本功能和关键技术2.1仿真软件的基本功能本文在VisualC++开发环境下进行编程，采用面向对象的编程技术和OpenGL相结合的方法，可以使换热器软件开发人员添加新的翅片形式、换热管形式、以及不同制冷剂等，为换热器的设计提供了灵活三维设计造型。主要功能有：能对不同规格的空调室内外换热器行仿真，包括一般室内机采用的I型换热器，室外机常用的L型换热器，以及在大型集中空调中采用的C型等不同形式换热器。

　　能根据换热器运行工况、换热管连接方式，自动判别换热器流路布置的通断情况、以及换热及压降特性，实现对制冷剂流量在流体网络中的自动分配。

　　能够在三维图形中方便地实现换热管的流路布置，并且完成对换热管流路的编辑工作；并实现对三维图形实体的拾取、旋转、移动等的操作过程。

　　能够方便用户对换热器结果的观察和分析。具有监控换热器各点局部状态参数以及显示空间位置的功能，如：制冷剂的温度、压力、比焓等状态参数和换热管的管排号、控制容积的个数等空间位置信息。

　　2.2仿真软件的关键技术2.2.1面向对象的类抽象本软件采用了面向对象的软件开发方法，利用类的结构来描述对象的属性和功能；同时在“类”的基础上，采用包含、继承的方式产生其它不同的子类，使我们加强模型对具体对象的描述能力。为换热器仿真中类结构关系示意图。

　　如图所示，以翅片、换热管、制冷剂、以及空气作为系统的独立基类，同时通过组合的方式生成系统仿真计算的核心类，如：换热器基类、控制容积类等。对实际换热器采用继承的方式由换热器基类派生出具有各自特点的蒸发器和冷凝器两个类。

　　为了能够进一步研究换热器局部换热特性，我们又建立描述换热器组成“微元”的控制容积类，并根据其空间位置的不同，派生出边界控制容积类、中间控制容积类和连接管控制容积类。

　　2.2.2可视化技术的运用三维实体图形化处理：为了体现换热器实体的立体感，在换热器实体模型中，我们采用了不同的实体颜色、材质、光照等效果处理方法。在颜色设置上采用了RGBA模式，通过R，G3三原色的不同比率确定原物体颜色，并通过A其具有不同程度的透明度。在材质和光照上，采用环境反射、慢反射以及镜面反射相结合的光的颜色，体现实体三维实体的颜色和量度，达到三维逼真显示的效果。

　　三维场景转化处理：为了便于从多个角度观察实体模型以及研究每个局部的仿真结果，我们采用了视区变换、投影变换等处理方法。通过调用视点变换函数，确定场景中换热器实体的视点位置和方向，并通过投影变换将3D图形转化为2D图形。

　　实体设计交互处理：与通常的可视化系统相比，换热器仿真软件的突出特点就在于设计过程中人机界面的交互性上。在换热器实体的设计过程中，主要有两部分需要人机交互完成：①换热器结构数据的输入；②换热器流体网络的设计。换热器结构数据的输入是一个相对独立的过程，屏幕图形区只对其结果做出响应。如：产生几个换热器个体，换热管在每个换热器的相对空间位置等。而换热器流体网络的设计是一个具有较强交互性的过程，它允许用户用光标操作屏幕窗口内的换热管之间的连接方式，制冷剂的流动方向等，如：流体的分合流布置、空间的相对位置等，以满足设计过程中对实体的观察、操控以及修改过程。

　　3仿真软件界面与应用效果以下为本翅片管换热器软件在使用OpenGL可视化编程模块后，软件界面的显示效果：换热器三维实体图的效果；为换热器结构参数输入界面，可以根据用户的需要选择换热器个数、不同类型的翅片类型以及换热管类型等；为换热器的基本结构形式显示；为换热器仿真结果的显示图。所开发的软件，己成功地用于日本富士通将军空调公司。通过与日本富士通将军公司提供的不同流路形式的26组换热器实验数据的对比显示：本模型具有良好的仿真效果，其换热量的大误差小于10，制冷剂压降的大误差小于20：并且证实该软件的使用大大减少换热器样机的制作换热器的基本结构形式仿真结果显示界面和试验过程，可将开发时间和费用压缩至原来的1/10. 4结论本文在三维分布参数模型的基础上，引入图论中有向矩阵的表述形式，采用面向对象的编程技术，结合OpenGL可视化图形显示方法，开发了翅片管换热器的三维可视化设计软件。该软件实现了翅片管换热器的三维可视化方案设计，能够对不同结构类型的换热器、流路布置方案、运行工况等对换热器性能的影响进行计算分析，具有友好的用户交互性、开放性和通用性，可大大缩短换热器的设计周期，提高换热器设计质量。

　　致谢：本项研究得到了日本富士通将军公司的大力支持和协助，在此特表谢意。