基于體均值理論的換熱器閉合模型的發展
前言：換熱器設計一直以來都非常重要，在當今世界變得越來越關鍵，并且與優化密切相關。常用的優化方法，如實驗設計、遺傳算法等，需要評估大量的設計點個體。
為縮短優化過程，這些大量設計點、個體的評估應該快速進行，這使得耗時的評估方法，直接數值模拟，因為執行這種異質的具有共轭效應的裝置的流動和傳熱具有顯著的計算成本，或者需要制造大量不同換熱器的實驗評估，這不僅耗時而且昂貴。
如果與系統級CFD或實驗評估相結合，這使得基于群體的優化非常困難。為了實作這些優化方法，需要一個快速運作的求解器來執行許多所需的設計點個體的評估。
随着熱系統的發展，設計和優化熱系統的需求也日益增長，換熱器裝置，例如鳍片管換熱器和散熱器，是這些熱系統中的必要元件之一。
由于描述這些裝置涉及大量參數，并且模組化這些異質且階層化結構内部的流體流動和傳熱計算工作量巨大，是以優化散熱器和換熱器一直以來都很困難。
如果想要找到共轭問題的最佳配置，那麼簡單但完整的方程是唯一的答案。單獨的計算流體動力學或實驗不可行，需要簡單的方程，但它們需要更嚴格的處理。使用體均值理論來開發簡單方程，以便能夠清楚且嚴格地定義摩擦因數和傳熱系數的确定方法。
将換熱器模組化為基于體均值理論的多孔媒體模型，可以以一種可以替代原始結構細節的方式考慮特定的幾何形狀，進而可以針對各種不同的換熱器設計解決VAT上層控制方程。
這種“多孔媒體”模型僅與多孔媒體形态學有關，由孔隙率和比表面積表示，并且可以輕松适應許多不同的結構，為鳍片管換熱器和散熱器的優化鋪平道路。
将VAT應用于換熱器模組化中最大的障礙是獲得VAT基于控制方程的正确閉合，這是VAT應用中成功的主要衡量标準。一旦獲得閉合，VAT上層方程是簡單的，可以輕松地進行離散求解。
将開發一個數值方案來獲得VAT基于控制方程的閉合，通過使用商業CFD代碼求解點位尺度上的Navier-Stokes和能量方程的解，并将其放大到上層尺度來獲得閉合。得到的閉合包括兩流道鳍片管換熱器和帶有規模形狀表面粗糙度的闆狀散熱器的閉合。
在合适的變量範圍内對所選的REV進行數值模拟，并在REV上評估閉合項。收集摩擦因數和傳熱系數的評估結果，并開發相應的相關性。與傳統的系統級優化方法相比，應用VAT隻需要在孔隙尺度的代表性基元體積上進行直接數值實驗，這通常比整個系統的計算域要小得多，是以計算負荷顯著降低。
使用粗糙表面或異質媒體會伴随着增加的壓降而增強換熱，研究異質媒體中傳輸的關鍵問題是調整控制參數和優化熱傳輸功率比，換句話說，提高異質媒體的換熱效率，基于嚴謹的發展的基本體均值理論方程進行系統優化研究将解決異質媒體換熱優化問題，并有助于獲得更好的增強換熱表面。
在異質或多孔媒體中，确定流變量和标量傳輸是困難的，即使在允許媒體周期性或規則性的簡化條件下。線性或線性化模型不能從根本上解釋傳輸現象，需要動态系數模型來糾正控制模型的缺陷。
允許不均勻性采用随機或随機性質進一步加劇了已經艱巨的任務，即正确識别相關的傳輸機制和預測傳輸現象。一些關于所需理論發展的方面已經得到了很好的了解，并在熱實體學和流體力學科學中取得了實質性進展，特别是在多孔媒體傳輸現象中。
流體和各個子尺度元素相關的流阻，和傳熱速率模組化為宏觀速度矢量和相關幾何參數，使用與平均溫度和平均速度成正比的閉合，并将相位内傳熱組合到導熱項中。
通過對流體流動和獨立子尺度元素中，流體和熱傳熱率模組化來關閉宏觀方程，宏觀水動力學和熱特性可以從微觀結果中提取，以确定與滲透率張量，慣性張量和界面傳熱系數相關的子尺度模型的未知模型常數。
也進行了類似的微觀計算，并通過詳盡的數值實驗來關閉宏觀方程。如何通過數值計算來關閉宏觀方程的評論可以在手冊中找到。
闆翅式換熱器廣泛應用于熱工程領域，例如電站、化學工程、汽車、供暖、通風、空調和制冷HVAC＆R應用以及飛機等。
闆翅式換熱器的一般幾何布局。通常有三排或更多排的管子，這些管子排列成直線或交錯。通常，空氣通過翅片與管子垂直流動，而水或其他流體通過管子流動。這是一個異質性層次結構内的複合傳熱問題。
結論：
對闆翅式換熱器性能的大量參數研究已經進行，無論是實驗還是數值計算，由于當時計算能力的缺乏，重點放在實驗工作上。在過去的40年裡，關于闆翅式換熱器空氣側流動和換熱特性的大量實驗資料及其結果相關性已經發表。
提供了六個線圈的實驗結果，其中空氣流動方向上的管排數，每排的壓降與管排數無關。提出了第一個衆所周知的适用于管排數在1~4之間的闆翅式換熱器的相關性。
基于最初提出的疊加模型，給出了更新的闆翅式換熱器相關性更好，值得注意的是，這些相關性是基于四排管子的實驗資料，排闆翅式換熱器晶片在廣泛雷諾數範圍内的實驗資料和相關性。
