人字形板式换热器波纹通道流动及传热机理研究

发布时间：2020-09-22 09:47

　　人字形板式换热器是一种常用的换热设备,其结构紧凑且传热性优异,近些年来得到了迅速发展。但同时也存在着流动阻力大、承压能力差等缺点,因此深入研究人字形板式换热器波纹通道流体流动及传热的内在机理和规律对高效换热器的设计和开发具有重要的现实意义。本文建立人字形板式换热器波纹通道二维物理模型,确定数学模型及网格划分方式,在稳态及非稳态下模拟结果与实验数据误差范围为3.45%~8.92%,验证模型可靠。在稳态模拟中,针对波纹高度H=3、4.5和6mm,波纹间距λ=8、11和16mm,Re=2000~9000范围内进行研究。分析在雷诺数和结构参数变化的影响下,沿波纹通道凹凸壁面平均及局部表面特征数,以及内部横向剖面上流体局部速度、温度及湍动能的变化规律。结果表明,增加雷诺数和波纹高度,减小波纹间距可以增加凹凸壁面的(?)并使Nux曲线整体上升;而减小雷诺数和波纹间距,增加波纹高度可以增加凹凸壁面的(?)并使fx曲线整体上升。沿凹壁面侧涡流主要发生在流道的前部和中部,尾部几乎不存在涡流。在非稳态模拟中,针对波纹高度H=3、4.5和6mm,波纹间距λ=8、11和16mm,Re=600,t=0.25T、0.5T、0.75T和T时进行研究。分析在流动时间和结构参数变化的影响下,非稳态下不同时期沿波纹通道凹凸壁面平均和局部表面特征数的分布规律以及波纹通道间涡旋、流动和传热参数的演化规律。结果表明,随着时间的增加,剧烈运动的小结构尺度涡流逐渐破裂,融合成稳定低速的大范围回流,同时温度边界层逐渐变厚。增加波纹高度和减小波纹间距都能够增大涡流产生的范围和流动的剧烈程度,同时也会加剧局部高温现象,并且使得流道内压力分布不均匀。
【学位单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TK124;TK172
【部分图文】：

结构图,板式换热器,结构图

1—固定压紧板 2—连接口 3—垫片 4—板片 5—活动压紧板6—下导轨 7—上导轨 8—加紧螺栓 9—支架图1-1 板式换热器结构图近些年来板式换热器朝着多极化，装置化发展，并且应用领域也更加广泛[13,14]。但同时，板式换热器也存在流动阻力大，承压能力差等缺点。根据国内外学者的预测，板式换热器未来仍向提高换热性能、增强结构紧凑性和大型化的方向发展[15,16]。因此高效换热板型的开发是板式换热器的核心技术，能够有效的提高设备传热效率、降低流动阻力、减小设备尺寸以及降低其成本。因此深入研究板式换热器内部流体流动和传热的内在机理和规律对换热装备的设计、优化有着重要的实际意义。1.2 国内外研究现状及分析国内外学者主要采用实验研究、数值模拟以及理论分析三种方法对板式换热器进行研究。基于上述三种方法，学者们针对不同的板型结构进行了系统研究。由于人字形板式换热器的应用最广，因此对其的研究工作也最受重视并深入[17,18]。早期的研究方法主要采用实验研究，拟合出对流换热问题的特征数关联式。近些年计算机技术发展迅速

物理模型

图 2-1 物理模型分划分如图 2-2 所示。利用 ICEM 软件进行非结构网度和温度梯度较大，因此对近壁面处的网格进行加图 2-2 计算模型网格划分型波纹通道内部流体的流动和换热建立数学模型，采设：可压缩牛顿流体；升力影响忽略不计；

网格划分,计算模型,层流模型,能量守恒方程

图 2-2 计算模型网格划分型波纹通道内部流体的流动和换热建立数学模型，采设：可压缩牛顿流体；升力影响忽略不计；流动时的粘性耗散热。层流模型时，建立质量、动能、能量守恒方程；湍程:一一 x、y 方向速度分量。程：一一

【参考文献】