【技术实现步骤摘要】
涉及热传导和热管理，具体为通道内跨临界流动的强化换热与减阻。
技术介绍
1、在液化天然气(lng)气化过程中，强化换热与减阻技术是核心的研究课题之一。随着全球对清洁能源需求的不断增加，lng作为一种低污染、高热值的能源，正发挥着日益重要的作用。特别是我国天然气进口依存度较高，lng气化的高效和安全性对于能源供应稳定性具有重大意义。然而，在lng气化器内部，流体经历了由液态到超临界态的复杂相变，涉及高温差(接近200℃)和高压(大于6mpa)的跨临界流动，极大地挑战了气化器的设计和运行。
2、目前，广泛应用于lng气化器的换热器类型之一是印刷电路板式换热器(pche)。pche具备温度适应范围广、耐压能力强、结构紧凑、换热效率高等显著优点，是气化设备中的理想选择。为了提高pche在lng气化过程中的性能，国内外学者进行了大量研究，主要集中在如何在强化换热的同时有效降低通道内的流动阻力。
3、在减阻方面，沟槽结构因其在降低湍流流动阻力方面的突出表现，受到了广泛关注。例如，通过实验研究发现，当无量纲深度h+≤25且无量纲宽度s+≤30时，v型沟槽结构可以显著减阻，最大减阻率达到8％。此外，激光多普勒测速技术(ldv)显示，沟槽结构可以扩展层流边界层区域，增加层流到湍流的转捩雷诺数，提高边界层稳定性。通过这些研究，沟槽结构被证实能够抑制湍流的产生，从而实现减阻效果。
4、在数值模拟方面，研究者通过直接数值模拟(dns)方法，研究了不同雷诺数下沟槽结构对流动的影响，发现当沟槽的纵横比合理时，沟槽内的主旋
5、尽管这些研究在减阻与换热强化方面取得了一定成果，但仍存在许多不足之处。首先，大多数沟槽减阻技术的最佳减阻效果往往只能在特定的流动条件和结构尺寸下实现，而难以应对lng气化器内由于跨临界相变引起的流体物性剧烈变化。其次，现有技术大多针对固定尺寸的沟槽结构进行优化，未能充分考虑到流动过程中流体物性的动态变化，导致其在全流程中难以保持高效的减阻效果。此外，由于lng在气化器内由液态转变为超临界态，其雷诺数范围变化显著(从2000至20000)，现有固定沟槽结构无法适应这一复杂的流动状态变化，导致减阻效率不稳定，甚至在某些工况下可能增加阻力。
6、因此，如何在跨临界流动过程中实现自适应的多级嵌套结构，以确保在不同流动条件下均能有效减阻并强化换热，是现有技术亟须解决的一个难题。
技术实现思路
1、为解决现有技术中存在的，现有的减阻与换热强化技术中，往往只能在特定的流动条件和结构尺寸下实现，而难以应对lng气化器内由于跨临界相变引起的流体物性剧烈变化，并且大多针对固定尺寸的沟槽结构进行优化，未能充分考虑到流动过程中流体物性的动态变化，导致其在全流程中难以保持高效的减阻效果的技术缺陷，本专利技术提供的技术方案为：
2、一种跨临界流动自适应的多级嵌套结构减阻通道，所述通道包括：
3、流动通道，所述流动通道的内壁设有多级嵌套的沟槽结构，所述沟槽结构包含沿流动方向设置的多个渐变沟槽，沟槽的宽度和深度沿流动方向逐渐变化；
4、一级沟槽，所述一级沟槽为沿流动通道内壁加工的宏观沟槽；
5、二级沟槽，设于所述一级沟槽的内部，为微尺度的沟槽；
6、三级微纳粗糙结构，设于所述二级沟槽的内表面，包括微纳级别的凸起和凹陷。
7、进一步，提供一个优选实施方式，所述一级沟槽的截面为v形或u形。
8、进一步，提供一个优选实施方式，所述二级沟槽的宽度和深度沿沟槽长度方向呈周期性变化。
9、进一步，提供一个优选实施方式，所述微纳级别的凸起和凹陷的高度和深度不一致。
10、进一步，提供一个优选实施方式，所述三级微纳粗糙结构通过激光加工制备。
11、基于同一专利技术构思，本专利技术还提供了一种跨临界流动自适应的多级嵌套结构减阻通道参数生成方法，用于设计所述的减阻通道，包括：
12、建立用于lng气化过程的流动通道模型的步骤；
13、通过数值模拟方法，对lng在不同温度和压力条件下的流动特性进行数据采集的步骤；
14、基于采集的数据，构建并训练预设人工神经网络模型的步骤；
15、根据所述人工神经网络模型的预测结果，沿流动通道的方向动态调整沟槽结构的宽度和深度，建立自适应多级嵌套沟槽结构的步骤。
16、基于同一专利技术构思，本专利技术还提供了一种跨临界流动自适应的多级嵌套结构减阻通道参数生成装置，用于设计所述的减阻通道，包括：
17、建立用于lng气化过程的流动通道模型的模块；
18、通过数值模拟方法，对lng在不同温度和压力条件下的流动特性进行数据采集的模块；
19、基于采集的数据，构建并训练预设人工神经网络模型的模块；
20、根据所述人工神经网络模型的预测结果，沿流动通道的方向动态调整沟槽结构的宽度和深度，建立自适应多级嵌套沟槽结构的模块。
21、基于同一专利技术构思，本专利技术还提供了计算机储存介质，用于储存计算机程序，当所述计算机程序被计算机读取时，所述计算机执行所述的方法。
22、基于同一专利技术构思，本专利技术还提供了计算机，包括处理器和储存介质，当所述处理器读取所述储存介质中储存的计算机程序时，所述计算机执行所述的方法。
23、基于同一专利技术构思，本专利技术还提供了计算机程序产品，作为计算机程序，当所述计算机程序被读取时，实现所述的方法。
24、与现有技术相比，本专利技术提供的技术方案的有益之处在于：
25、通过采用自适应多级嵌套结构的沟槽设计，能够在流动过程中根据流体物性变化自动调整沟槽尺寸，确保不同位置的沟槽结构始终与湍流涡结构相匹配，从而显著降低通道内的流动阻力。相比于固定尺寸的沟槽结构，自适应设计可以在不同的流动条件下保持稳定的减阻效果，避免了现有技术中减阻效果不稳定的问题。
26、结合机器学习模型对沟槽结构进行实时优化，可以高精度预测流体在不同温度和压力下的物性变化，从而确定最佳的沟槽尺寸。这种实时优化方式使得减阻通道能够适应复杂的跨临界流动，保证在整个气化过程中的高效减阻性能。与传统通过经验公式或固定参数设计的沟槽结构相比，机器学习优化显著提高了减阻效果的精度和适应性。
27、通过在沟槽结构中增加微结构，例如球冠微结构，不仅可以进一步降低流动阻力，还能够有效提升换热效率。微结构的存在增加了壁面传热面积，从而强化了换热效果。这种多级嵌套结构设计在不同流量条件下均表现出显著的强化换热效果，相比于单一沟槽结构或光滑壁面结构，具有更高的换热系数和更低的流动阻力本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种跨临界流动自适应的多级嵌套结构减阻通道，其特征在于，所述通道包括：
2.根据权利要求1所述的一种跨临界流动自适应的多级嵌套结构减阻通道，其特征在于，所述一级沟槽的截面为V形或U形。
3.根据权利要求1所述的一种跨临界流动自适应的多级嵌套结构减阻通道，其特征在于，所述二级沟槽的宽度和深度沿沟槽长度方向呈周期性变化。
4.根据权利要求1所述的一种跨临界流动自适应的多级嵌套结构减阻通道，其特征在于，所述微纳级别的凸起和凹陷的高度和深度不一致。
5.根据权利要求1所述的一种跨临界流动自适应的多级嵌套结构减阻通道，其特征在于，所述三级微纳粗糙结构通过激光加工制备。
6.一种跨临界流动自适应的多级嵌套结构减阻通道参数生成方法，其特征在于，用于设计权利要求1所述的减阻通道，包括：
7.一种跨临界流动自适应的多级嵌套结构减阻通道参数生成装置，其特征在于，用于设计权利要求1所述的减阻通道，包括：
8.计算机储存介质，用于储存计算机程序，其特征在于，当所述计算机程序被计算机读取时，所述计算机执行权利要求6所述
9.计算机，包括处理器和储存介质，其特征在于，当所述处理器读取所述储存介质中储存的计算机程序时，所述计算机执行权利要求6所述的方法。
10.计算机程序产品，作为计算机程序，其特征在于，当所述计算机程序被读取时，实现权利要求6所述的方法。
...【技术特征摘要】
1.一种跨临界流动自适应的多级嵌套结构减阻通道，其特征在于，所述通道包括：
2.根据权利要求1所述的一种跨临界流动自适应的多级嵌套结构减阻通道，其特征在于，所述一级沟槽的截面为v形或u形。
3.根据权利要求1所述的一种跨临界流动自适应的多级嵌套结构减阻通道，其特征在于，所述二级沟槽的宽度和深度沿沟槽长度方向呈周期性变化。
4.根据权利要求1所述的一种跨临界流动自适应的多级嵌套结构减阻通道，其特征在于，所述微纳级别的凸起和凹陷的高度和深度不一致。
5.根据权利要求1所述的一种跨临界流动自适应的多级嵌套结构减阻通道，其特征在于，所述三级微纳粗糙结构通过激光加工制备。
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【专利技术属性】
技术研发人员：李倩，李文浩，蔡伟华，杨柳，林子杰，
申请(专利权)人：东北电力大学，
类型：发明
国别省市：
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