人字纹BPHE低Re数流动阻力研究与工程计算软件编写

发布时间：2020-05-11 19:57

【摘要】：换热器是工业生产中最常用的用能设备,减小换热器体积,以较小的流动损失为代价实现较大的换热量能有效提高能源利用效率,缓解能源危机。在工程应用中,D公司的一批人字纹钎焊板式换热器(Brazed Plate Heat Exchanger,BPHE)出现了高粘度工质,低Re流动工况下,现有公式不能正确预测换热器压降的问题,导致选型不准,需要对公式进行修正。在研发过程中,由于BPHE流道的复杂性导致现有的数值仿真手段对计算资源消耗大,精度难保证;实验方法耗时长,成本高。建立统一的摩擦阻力预测模型可以取消仿真和实验环节,大大缩短研发周期,降低研发成本。综上,研究人字纹BPHE的阻力特性,建立适用于多种板型的摩擦阻力系数预测模型,意义重大。本文以分析低Re流动下人字纹BPHE的阻力特性,修正D公司阻力预测软件,建立适用于多种板型的摩擦阻力系数预测模型为目的;通过实验测试,理论分析和神经网络建模相结合的手段,研究了7种当量直径为4mm左右的人字纹BPHE在5Re50范围内定常流动下的阻力特性。所做工作如下:(1)搭建了可以精确、快速测量板式换热器压降的实验台,测得500余组压降数据;(2)分析了人字纹BPHE在低Re流动下的阻力特性,拟合出7个的摩擦阻力系数与Re之间的关联式;(3)建立了通用于常规流道人字纹BPHE在5Re50流动范围内摩擦阻力系数预测模型;(4)为D公司编写了压降工程计算软件。本文研究发现,对单一板型摩擦阻力系数是Re的单值函数,二者成幂函数关系;不同板型之间摩擦阻力系数随Re的变化趋势相似,幅值不同,Re的幂次可以近似固定为常数;波纹间距/波纹高度对摩擦阻力系数的影响大于波纹夹角,两者均与摩擦阻力系数正相关。本文研究成果在解决D公司工程问题的同时,也为人字纹BPHE的设计提供了理论参考。本文研究的主要缺点是用于训练ANN模型的数据较少,所得模型适用性较窄。
【图文】：

流道,板片,垫片密封,换热器

对于缓解能源问题有重要意义。按照换热表面的形状和结构特点可分为管式换热器，板式换热器（PPHE），其他形式换热器三大类[3]。其中，板式换热器[4]以板面为传、重量轻、价格低、传热效率高等特点，是目前较为先进的高效节片与板片之间的密封方式有垫片密封和焊接密封两种[8]。垫片密封 Plate Heat Exchanger, GHPE）即常见的可拆 PHE，具有效率高，容。但是 GHPE 内的流体必须对垫片无腐蚀，工作压力一般小于 2.5℃[5]。焊接密封 PHE 整个板片周围采用焊接方式来形成密封，可用性流体，工作压力范围真空至 20MPa[10]。钎焊板式换热器（Brazed PBPHE）是 20 世纪 90 年代发明的一种焊接板式换热器，被广泛应用业、发动机油冷、热泵系统等领域。BPHE 换热板片周边有一圈用板片与板片之间填入焊料铜箔或镍箔, 放入真空炉中加热制成。由片，，液化后将板片焊接在一起。这种换热器的优点是结构紧凑，承压力性能优异等；缺点是压力损失大，清洗困难。[10]

系统图,实验台,系统图,油箱

第 2 章人字纹 BPHE 压降实验器压差使用差压变送器进行测量；温度控制系统由油箱、加热器、温成，通过在油箱中布置热电偶进行温度监控，并由温控仪控制加热器动控制油箱内工质温度的作用；流量测量系统由两个量程不同的齿轮用来准确测量整个管路中工质的体积流量；动力系统由齿轮泵、变频工质流动提供动力，变频器通过控制齿轮泵功率进而控制流量大小；、温控箱、导线等组成，主要功能是为电机、电加热器等大功率设备源并控制设备启停，如图 2-2 所示。
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TK172

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