基于体均值理论的换热器闭合模型的发展
前言：换热器设计一直以来都非常重要，在当今世界变得越来越关键，并且与优化密切相关。常用的优化方法，如实验设计、遗传算法等，需要评估大量的设计点个体。
为缩短优化过程，这些大量设计点、个体的评估应该快速进行，这使得耗时的评估方法，直接数值模拟，因为执行这种异质的具有共轭效应的设备的流动和传热具有显著的计算成本，或者需要制造大量不同换热器的实验评估，这不仅耗时而且昂贵。
如果与系统级CFD或实验评估相结合，这使得基于群体的优化非常困难。为了实现这些优化方法，需要一个快速运行的求解器来执行许多所需的设计点个体的评估。
随着热系统的发展，设计和优化热系统的需求也日益增长，换热器设备，例如鳍片管换热器和散热器，是这些热系统中的必要组件之一。
由于描述这些设备涉及大量参数，并且建模这些异质且层次化结构内部的流体流动和传热计算工作量巨大，因此优化散热器和换热器一直以来都很困难。
如果想要找到共轭问题的最佳配置，那么简单但完整的方程是唯一的答案。单独的计算流体动力学或实验不可行，需要简单的方程，但它们需要更严格的处理。使用体均值理论来开发简单方程，以便能够清楚且严格地定义摩擦因数和传热系数的确定方法。
将换热器建模为基于体均值理论的多孔介质模型，可以以一种可以替代原始结构细节的方式考虑特定的几何形状，从而可以针对各种不同的换热器设计解决VAT上层控制方程。
这种“多孔介质”模型仅与多孔介质形态学有关，由孔隙率和比表面积表示，并且可以轻松适应许多不同的结构，为鳍片管换热器和散热器的优化铺平道路。
将VAT应用于换热器建模中最大的障碍是获得VAT基于控制方程的正确闭合，这是VAT应用中成功的主要衡量标准。一旦获得闭合，VAT上层方程是简单的，可以轻松地进行离散求解。
将开发一个数值方案来获得VAT基于控制方程的闭合，通过使用商业CFD代码求解点位尺度上的Navier-Stokes和能量方程的解，并将其放大到上层尺度来获得闭合。得到的闭合包括两流道鳍片管换热器和带有规模形状表面粗糙度的板状散热器的闭合。
在合适的变量范围内对所选的REV进行数值模拟，并在REV上评估闭合项。收集摩擦因数和传热系数的评估结果，并开发相应的相关性。与传统的系统级优化方法相比，应用VAT只需要在孔隙尺度的代表性基元体积上进行直接数值实验，这通常比整个系统的计算域要小得多，因此计算负荷显著降低。
使用粗糙表面或异质介质会伴随着增加的压降而增强换热，研究异质介质中传输的关键问题是调整控制参数和优化热传输功率比，换句话说，提高异质介质的换热效率，基于严谨的发展的基本体均值理论方程进行系统优化研究将解决异质介质换热优化问题，并有助于获得更好的增强换热表面。
在异质或多孔介质中，确定流变量和标量传输是困难的，即使在允许介质周期性或规则性的简化条件下。线性或线性化模型不能从根本上解释传输现象，需要动态系数模型来纠正控制模型的缺陷。
允许不均匀性采用随机或随机性质进一步加剧了已经艰巨的任务，即正确识别相关的传输机制和预测传输现象。一些关于所需理论发展的方面已经得到了很好的理解，并在热物理学和流体力学科学中取得了实质性进展，特别是在多孔介质传输现象中。
流体和各个子尺度元素相关的流阻，和传热速率建模为宏观速度矢量和相关几何参数，使用与平均温度和平均速度成正比的闭合，并将相位内传热组合到导热项中。
通过对流体流动和独立子尺度元素中，流体和热传热率建模来关闭宏观方程，宏观水动力学和热特性可以从微观结果中提取，以确定与渗透率张量，惯性张量和界面传热系数相关的子尺度模型的未知模型常数。
也进行了类似的微观计算，并通过详尽的数值实验来关闭宏观方程。如何通过数值计算来关闭宏观方程的评论可以在手册中找到。
板翅式换热器广泛应用于热工程领域，例如电站、化学工程、汽车、供暖、通风、空调和制冷HVAC＆R应用以及飞机等。
板翅式换热器的一般几何布局。通常有三排或更多排的管子，这些管子排列成直线或交错。通常，空气通过翅片与管子垂直流动，而水或其他流体通过管子流动。这是一个异质性层次结构内的复合传热问题。
结论：
对板翅式换热器性能的大量参数研究已经进行，无论是实验还是数值计算，由于当时计算能力的缺乏，重点放在实验工作上。在过去的40年里，关于板翅式换热器空气侧流动和换热特性的大量实验数据及其结果相关性已经发表。
提供了六个线圈的实验结果，其中空气流动方向上的管排数，每排的压降与管排数无关。提出了第一个众所周知的适用于管排数在1~4之间的板翅式换热器的相关性。
基于最初提出的叠加模型，给出了更新的板翅式换热器相关性更好，值得注意的是，这些相关性是基于四排管子的实验数据，排板翅式换热器芯片在广泛雷诺数范围内的实验数据和相关性。
