600kW冷却器传热效率研究

发布时间：2017-09-24 15:09

  本文关键词：600kW冷却器传热效率研究

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【摘要】：我国单位GDP能耗相比其他发达国家高达三倍之多,节能减排对于调整经济结构、加快转变经济发展方式至关重要。作为能源行业节能减排最重要设备之一的换热器是一种在不同温度的流体间实现热量传递的节能设备,是使流体温度满足工厂生产要求的一种设备,同时它也是一种降低能源消耗的关键设备。随着能源行业对换热器的冷却容量要求越来越大,如何提升单位体积换热器的冷却容量,即提升换热效率成为企业面临的一大问题,对换热效率的研究有助于企业生产出高效、紧凑的换热器以满足实际的换热需求。本文所研究的F型和P型换热器用于HVDC特高压直流输变电工程中变压器油的冷却,它包括风机、换热管和翅片三大部分,其中风机的直径增大、转速提高都会直接提升换热量,但同时会带来噪声问题。为了在不增加电机转速和油泵功率的情况下达到600kW以上的换热量要求,就需要提高冷却器的换热量,必须对换热效率的提升进行研究。从热阻的组成比例来看,空气和翅片间的热阻占冷却器所有热阻约70%左右,这就使得翅片传热效率的提升变得非常重要。本文基于边界层理论、湍流模型等流体力学理论基础,在Gambit软件中对本单位开发的不同表面形式六款翅片的截面形状建立二维模型;并运用仿真软件Fluent对这些翅片进行了数值模拟与仿真对比研究,得到迎面风速、风压降和换热系数之间的变化规律;采用j/f~(1/2)、j/f两种综合评价准则对六种翅片的综合传热性能进行评价;以分段性能研究方法对不同翅片的局部流动换热特性进行分析,得到不同翅片压降、换热性能产生差异的原因。数值模拟分析得到结论为:开窗片和桥片的压力降最高、换热系数最大,平片的换热系数最低而压降最小,金字塔形麻点片的综合性能最优。最后,利用实验系统验证了波纹片和麻点片的阻力特性及换热系数变化规律,并对采用麻点片的P型冷却器进行了600kW的冷却容量型式试验。P型冷却器采用综合评价系数最高的金字塔形麻点翅片,在风机噪声、泵功与原来采用平直翅片的F型冷却器维持一致的情况下,冷却容量相比于后者约提高了15%左右,从而为600kW冷却器提供了解决方案。
【关键词】：传热系数 阻力特性 强化传热 冷却器
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK172
【目录】：

• 摘要6-7
• ABSTRACT7-11
• 第一章 绪论11-16
• 1.1 选题背景及意义11-12
• 1.2 强化传热国内外研究现状12-15
• 1.2.1 国外研究现状12-14
• 1.2.2 国内研究现状14-15
• 1.3 课题主要研究内容15-16
• 第二章 F型冷却器工作原理及其问题16-27
• 2.1 F型冷却器结构及工艺16-21
• 2.1.1 冷却器结构简介16-17
• 2.1.2 胀管及胀接工艺17-21
• 2.2 F型冷却器工作原理及应用场合21-24
• 2.2.1 冷却器工作原理21-22
• 2.2.2 冷却器应用场合22-24
• 2.3 F型冷却器存在的问题24-25
• 2.3.1 F型冷却器问题描述24-25
• 2.3.2 原因分析及改进方案25
• 2.4 本章小结25-27
• 第三章 翅片建模27-40
• 3.1 传热基本理论概述27-35
• 3.1.1 传热类型27-29
• 3.1.2 对流传热强化方法29-31
• 3.1.3 湍流模型简介31-34
• 3.1.4 边界层理论34-35
• 3.2 翅片建模35-39
• 3.2.1 数学模型35-36
• 3.2.2 翅片物理模型的建立36-39
• 3.3 本章小结39-40
• 第四章 翅片的强化传热仿真及其选型40-67
• 4.1 数值计算软件简介40-43
• 4.2 翅片模型前处理43-51
• 4.2.1 Fluent流体计算模型设置43-45
• 4.2.2 边界条件45-46
• 4.2.3 网格划分46-51
• 4.3 假设条件51
• 4.4 翅片传热仿真结果与分析51-66
• 4.4.1 迎面风速对压降的影响52-54
• 4.4.2 迎面风速对换热系数的影响54-57
• 4.4.3 翅片换热性能的综合评价57-62
• 4.4.4 翅片的分段性能研究62-66
• 4.5 本章小结66-67
• 第五章 实验验证67-74
• 5.1 实验方法简介67-70
• 5.2 芯体对比实验结果70-71
• 5.3 冷却器冷却容量测定结果71-73
• 5.4 本章小结73-74
• 第六章 总结与展望74-76
• 6.1 总结74-75
• 6.2 研究展望75-76
• 参考文献76-79
• 谢辞79-80
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文80

【参考文献】

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本文编号：912080