扰流孔强化蓄热式波纹板对流换热的特性研究

发布时间：2017-11-12 22:32

  本文关键词：扰流孔强化蓄热式波纹板对流换热的特性研究

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【摘要】：为了提高蓄热式换热器的换热效率,特别是含尘烟气的余热回收过程中往往伴随着腐蚀、堵灰问题,蓄热式换热器的换热元件(蓄热式波纹板)表面结构必须进行合理地改造。扰流孔的存在导致传热元件的上下表面压差不同,进而会形成垂直于扰流孔截面的纵向流动。该流动会破坏原有的灰尘积结方式,纵向流动在灰尘的扩散过程中可以减缓灰尘在重力作用下的沉降,利于灰尘排出换热器,从而可以缓解积灰腐蚀等问题。本文提出了在传热元件上添加扰流孔强化传热的方法,并从热力学第二定律(?)损概念对添加扰流孔后的传热元件进行了分析。采用瞬态实验方法本文研究了三种排列角度(15°,30°,45°)的扰流孔强化波纹板蓄热元件的传热特性。实验结果表明,与未添加扰流孔的波纹板蓄热元件相比,三种排列角度(15°,300,45°)下的带扰流孔的蓄热元件的平均Nu数分别提高了17.1%,24.8%,34.9%；而三种情况下的阻力系数f因子则分别提高了24.7%,33.1%,38.4%。这说明扰流孔带来的强化传热效果明显,与其他强化传热手段相比阻力升高幅度相对较小。利用等效泵功下的Nu/Nuo值比较发现,与排列角度为30°和15°相比,45°时比前两者的Nu/Nuo分别高了53.3%,67.8%,这表明扰流孔排列角度为45°时,波纹板蓄热元件具有最佳性能。为了评价扰流孔强化波纹板蓄热元件传热的效果,本文从热力学(?)的角度对带扰流孔的波纹板蓄热元件的(?)损和(?)损系数进行了分析与研究。文中的(?)分析方法将(?)分析计算从稳态传热计算拓展到了瞬态传热,增大了(?)分析计算公式的适用范围。分析得到了(?)损与(?)损系数随雷诺数的变化曲线,曲线表明(?)损和(?)损系数有一个临界值,临界值处(?)损和(?)损系数的数值均达到峰值。临界值存在的原因主要是流体的流动形态处于过渡态时流体的无规则运动变化剧烈,导致流体的熵增会随雷诺数的增大而增大,从而使(?)损和(?)损系数数值达到峰值。雷诺数在临界值时,能量浪费较为严重。对于传热元件而言,为了提高能量的利用效率应尽可能的避开其在临界值附近工作运行。为了探究流道曲率半径对扰流孔强化传热时带来的影响,利用数值模拟方法研究了3种曲率半径下开扰流孔时的强化传热效果,并获得了不同工况下的速度场以及温度场分布。数值模拟结果表明,开扰流孔之后,通道内空气出现扰动,扰流孔附近产生纵向速度和板间流动,致使通道内流速分布及温度分布更为均匀,换热效果增强。利用分离式方法,从理论角度初步分析了扰流孔带来的阻力与传热变化。扰流孔孔径7、8、9mm三种情况中,综合强化换热性能最好的是扰流孔孔径9mm的情况,而波纹圆弧曲率半径对扰流孔强化传热性能的影响需综合考虑扰流孔的孔径。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TK124

【参考文献】

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本文编号：1177938