人字形板式换热器换热流动特性的数值分析与实验研究

发布时间：2017-05-27 11:05

  本文关键词：人字形板式换热器换热流动特性的数值分析与实验研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：板式换热器作为一种高效、紧凑的换热元件,广泛应用于石油、化工、冶金、动力等工程领域,在国民经济和工业生产中起到重要作用。因此,对板式换热器进行板型的开发和优化设计,提高换热器整体性能具有十分重要的现实意义和应用价值。本文采用数值模拟与实验相结合的方法,对人字形板式换热器的流场和换热特性进行了研究,分析了结构参数与流动阻力和换热性能的关系。 通过数值模拟讨论了板式换热器的三个基本参数：波纹倾角β,波纹间距λ,波纹高度H,对板式换热器内部流动与换热特性的影响。β较小时,流场呈现“十字交叉流”的流态,β较大时,流场呈现“曲折流”的流态。Nu随着β的增大,先增大后减小,在β=70°附近时出现转折,而压降随着倾角的增大而增大；Nu随着λ的增大而逐渐下降,同时压降也逐渐下降；随着H的增大Nu增大,压降减小 研究表明触点是板片上换热效果最好的点,触点附近,流道收缩,形成一系列漩涡,增强了附近的扰流程度,换热效果加强。因此本文通过数值模拟研究了影响触点分布的重要参数,即下层波峰线到板换长度方向对称轴的距离L。在板片三个基本参数不变的情况下,L的变化主要对第一层触点的纵坐标产生影响,触点横坐标不随其改变。压降、Nu与面积质量因子j/f随L的变化均呈现周期性变化,周期为λ/2sinβ,在L=λ/4sinβ获得最值,在设计板式换热器时可考虑参数L的影响以进一步优化板换的综合性能。 通过数值模拟,对“热混合”板式换热器进行了研究。固定下壁面倾角βb时,Nu和压降随上壁面倾角βt的增大而增大,粘性耗散随着βt呈现先增大后减小的趋势,且在上下倾角之和为100°时取得极大值。随着入口Re的增大,压降和Nu均呈现上升的趋势,火积传递效率基本呈现震荡降低的趋势,且硬板组合的传递效率要高于软板组合。 搭建人字形板式换热器水-水换热实验台,测试BR0.5-U-0.5B人字形波纹板片的换热阻力性能,并与模拟结果进行对比。运用威尔逊图解法与等流速法分别对数据进行了处理,对比发现模拟热侧出口温度高于实验值,冷侧出口温度低于实验值,威尔逊图解法工况下,冷侧、热侧出口压强均高于模拟值,误差均在10%以内,本文的模拟结果与实验结果的变化趋势具有较好的一致性。利用数值模拟可以更加方便快捷地获取板换性能,为新板型的设计提供一定的依据,并能大量节省实验成本。
【关键词】：板式换热器 数值模拟 换热阻力特性 场协同
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TK172
【目录】：

• 摘要9-11
• ABSTRACT11-13
• 主要符号表13-14
• 第1章 绪论14-27
• 1.1 研究背景和意义14
• 1.2 板式换热器简介14-16
• 1.3 板式换热器国内外研究进展16-24
• 1.3.1 板式换热器实验研究16-20
• 1.3.2 板式换热器数值研究20-24
• 1.4 新型板式换热器研发进展24-25
• 1.5 场协同以及火积耗散原理简介25-26
• 1.6 本文研究的主要内容26-27
• 第2章 人字形板式换热器换热阻力性能的数值研究27-46
• 2.1 引言27
• 2.2 数值计算模型27-31
• 2.2.1 物理模型27-28
• 2.2.2 数学模型28-29
• 2.2.3 边界条件29
• 2.2.4 网格划分及无关性检测29-31
• 2.3 数值结果分析与讨论31-45
• 2.3.1 波纹倾角β对流动换热的影响31-34
• 2.3.2 波纹间距λ对流动换热的影响34-35
• 2.3.3 波纹高度H对流动换热的影响35-36
• 2.3.4 设计尺寸L对换热阻力性能的影响36-45
• 2.4 本章小结45-46
• 第3章 “热混合”板式换热器的换热阻力特性数值研究46-56
• 3.1 引言46
• 3.2 数值计算模型46-47
• 3.3 计算结果分析讨论47-55
• 3.3.1 “热混合”板式换热器换热阻力特性随Re的变化规律48-49
• 3.3.2 “热混合”板式换热器协同性及火积耗散特性随Re的变化规律49-50
• 3.3.3 “热混合”板式换热器流动换热特性与波纹倾角之问的关系50-53
• 3.3.4 “热混合”板式换热器协同性及火积耗散特性随波纹倾角的变化规律53-55
• 3.4 本章小结55-56
• 第4章 人字形板式换热器实验与数值模拟对比研究56-66
• 4.1 实验系统简介56-58
• 4.1.1 热水循环系统57
• 4.1.2 冷水循环系统57-58
• 4.1.3 测量系统58
• 4.2 实验步骤58-59
• 4.3 人字形板式换热器全板数值模拟物理模型与边界条件59-61
• 4.4 实验与模拟数据处理方法61-62
• 4.5 实验结果与模拟结果分析62-65
• 4.6 本章小结65-66
• 第5章 全文总结及展望66-68
• 5.1 主要工作和结论66-67
• 5.2 不足67-68
• 参考文献68-76
• 致谢76-78
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文78-79
• 学位论文评阅及答辩情况表79

【参考文献】

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本文编号：399722