小通道人字纹板式换热器脉动流实验与仿真

发布时间：2020-07-02 22:48

【摘要】：相比传统尺寸的换热器,小通道板式换热器在单位体积换热量、运行稳定性、制造成本、使用寿命等方面均具有很大优势。随着换热功率的不断增大,人们在继续开发传统的强化换热方式的同时,也在努力探寻更高效的强化传热方式。脉动流的研究和工程应用已发展为流体力学的主要分支。脉动流及其传热传质现象广泛存在于工程及生物系统中。脉动流能够有效地强化对流传热传质,在低雷诺数流动中增强流体掺混、防止污垢形成、解决流体分配不均等方面有独特的效果,对进一步提高板式换热器的换热性能降低流动损失方面具有很好的应用前景。本文基于本课题组以往对脉动流的大量理论研究基础上,针对小通道板式换热器,开展脉动流在板式换热器中的应用研究,旨在探究脉动流在板式换热器中的传热及流动规律,为脉动流技术在板式换热器领域的工程化应用提供一定的理论依据。本文主要通过实验与模拟相结合的方式,进行相关的研究工作,主要研究内容及成果如下:(1)改造了脉动流测试实验台,以用于板式换热器的性能测试工作。(2)通过测试系统,开展了小通道板式换热器的传热及流动测试工作,初步获得了传热特性、流动特性以及流场特性。传热实验表明,脉动流过程中,强化传热与弱化传热并存,脉动频率f与脉动振幅A的提升有助于传热效率的提升;流动实验表明,较低Re条件下,脉动流会使得流动阻力大幅增加,可达近3倍,同时,f、A的增大也会进一步增加流动阻力。(3)从综合能效指标PEC以及火积耗散角度分析得出,脉动流换热器在高频率、高振幅下的综合能效相较于稳态流换热器得到提高,且脉动流换热器中的火积耗散由传热引起的火积耗散主导,雷诺数的增加会减少换热器的火积耗散;可视化实验表明,不同脉动工况下,流场中的涡旋流场发生显著变化,这可能是脉动流对于传热与流动带来影响的内在原因。(4)以实验为基础,验证了CFD模拟脉动流传热、流动过程的准确性。得到脉动流对流体的扰动是导致脉动流增加了流动阻力并增强了换热的原因;仿真模拟了四种复合波纹脉动流板式换热器,得到了一种与传统人字纹相比更具综合换热性能的复合人字纹板型。脉动流小通道板式换热器在工程中具有一定的应用前景,但也存在阻力增加的不足之处,从综合能效角度去分析能更好的反映出脉动流对于板式换热器的影响。
【学位授予单位】：浙江工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TK172
【图文】：

板片,板式热交换器,波纹形,板式换热器

热器与焊接式板式换热器可满足不同使用环境。诸如此类道形式等类型不一的板式换热器，使得板式换热器无论在展空间。根据国内外学者的预测，板式换热器仍然是继续器紧凑性和大型化的方向发展[3, 4]。主要由金属波纹板片组成。板片的结构直接影响着板式换的强弱、流道中流动阻力的大小、流体流动形态等都与来划分板片结构，使用比较多的有水平直波纹结构、人其中工业生产中以水平直波纹板片和人字形板片使用最多片性能好坏，除了比较换热效果外，还要考虑流体在换热压承温的能力。人字形板式换热器板片内部流道变化非常波纹板片相比，人字形板片的换热效率更高，板片承压能。人字形波纹板片在板式换热器板片中属于性能较好的一类

混合室

第 2 章脉动流板式换热器实验系统冷水循环系统：离心泵作为主流水泵，从蓄水箱中抽取设定水量并泵入冷水管后，冷水进入混合室，由于隔膜泵的作用，使得流体转变为具有一定平均流速以及特性的脉动流；产生的脉动流随即进入测试段参与换热；最后，流出测试段的流体排出。值得注意的是，本实验中通过换热器并完成换热过程的水直接排入排水渠并入蓄水箱，这是由于换热后水温升高导致蓄水箱在容积不是特别大的情况下水温会动，而同一时间段内的进水温度相对稳定。热水循环系统：离心泵作为主流水泵，由回水箱抽取设定水量并注入热水管路；经过电热加热器，通过调节变压器，以设定相应的热水温度；经过测试段，进行传验；最后，经过换热的流体，再次进入回水箱进行下一轮循环。（2）测试系统关键部件简介图 2-2 与图 2-3 分别为混合室与隔膜计量泵的实物图。定常流进入混合室，经由计量泵的作用，使得定常流转变为具有一定平均流速的脉动流。其中，通过调节变，实现脉动频率的设定；而脉动振幅则是通过调节旋转手轮改变冲程距离实现。

【参考文献】