适合于海水淡化的三合一新型换热器板片设计及分析

发布时间：2020-05-21 02:12

【摘要】：现有的船用海水淡化设备存在尺寸大、贵重金属耗费多造成的制造成本高的问题,这限制了海水淡化设备在船舶上的应用。针对这一问题,本文提出了一种一体化三合一板式海水淡化板片的设计思路。根据蒸发器的结构的特点,在蒸发器进出口之间设置导流的分隔条。并采用数值模拟的方法研究了不同结构的分隔条对于板式换热器压力降和换热能力影响规律,通过实验验证了数值模拟的准确性。另外采用性能评价因子对各个分隔条结构性能进行评价。本文还通过实验研究了不同工况下的板式海水淡化装置的性能。得到了下列结论:(1)初始结构在远离进出口的区域存在一部分的“流动死区”,这证明了进出口之间用来引导流体的分隔条的结构形状存在缺陷。(2)变长度方案下,Nu数随着分隔条长度的增大而增大,压力降也随着长度的增大而增大,且呈阶梯状的增大趋势。在计算工况范围内,Nu数共增大了12.9%,压力降总共增大了66.2%;变角度方案下,Nu数在120°时存最大值,在120°后小幅减小;压力降也在120°左右存在最大值;随着转折长度不断增大,Nu数和压力降的数值都增大;根据得到的长度和角度的规律设计了一种宽度渐变的圆弧头分隔条结构,Nu数和压力降都有所提高。并且圆弧头分隔条方案PEC最大。(3)在实验研究中,热水温度和热水流量的增大对于系统产水量是有益的,但是温度比流量对于系统的影响更大;海水流量增大也会使产水量增大;在不改变总流量的前提下,减小板片会增大系统的产水量,但是受限于产水质量的因素,板片数量不应该少于60片。
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适合于海水淡化的三合一新型换热器板片设计及分析换热器，并随之开始批量生产，板式换热器材真正地在我国应用开来。进入新世纪以经济迅速发展，对各类生产设备的需求增大，在此背景下，板式换热器技术迅速发展。板式换热器相比管式换热器，是高效而紧凑的。这是因为它由许多薄的金属板片叠放成，如图 1.1 板片叠放示意图（a）所示。相邻板片波浪状的波纹形成了许多复杂截面流道，如图 1.1（b）所示，这些复杂流道增加了流体流动时的扰动，从而能够容易地诺数下形成复杂的二维或三维流动，一般认为圆管内的临界雷诺数为 2300，而板式换界雷诺数大约在 100 到 400[3]。板式换热器相比于管壳式换热器，具有换热系数大、保养方便、不易结垢的优点。在同一压力损失下，换热系数比管壳式换热器大 2 倍，却只有管壳式换热器的一半[4]，板式换热器有更大额定单位体积的传热面积，约为 200~3。同时，板式换热器使用灵活，可以按照需求增减板片数量或改变流程，，也可以加装现多种流体之间的换热。早期换热器受到工作压力和温度的限制，不过随着近些年来，板式换热器的运行工况范围已经有大幅度提高目前已有可耐 8Mpa，最高可耐温 100号[5]。正是由于这些优点，板式换热器在诸多领域有取代管式换热器的趋势。正是因为国外的知名海水淡化设备制造厂商也都在开发、制造基于板式换热器的新型海水淡化设

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