【摘 要】
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板式换热器由于其结构紧凑、传热效率高和可以灵活匹配多种工况的优点,已广泛应用于化工、供热和食品等领域。因此,深入研究板式换热器的换热内在机理,提高其换热效率,对于提高能源利用率,节约资源有着重要的意义。前人的研究多数旨在分析几何结构对板式换热器传热性能的影响,而对于其横向流道内触点的分布、流动及换热特性却少有提及;此外,板式换热器内流道复杂多变,多数文献都只针对上下波纹振幅相同的流道进行分析,而对
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板式换热器由于其结构紧凑、传热效率高和可以灵活匹配多种工况的优点,已广泛应用于化工、供热和食品等领域。因此,深入研究板式换热器的换热内在机理,提高其换热效率,对于提高能源利用率,节约资源有着重要的意义。前人的研究多数旨在分析几何结构对板式换热器传热性能的影响,而对于其横向流道内触点的分布、流动及换热特性却少有提及;此外,板式换热器内流道复杂多变,多数文献都只针对上下波纹振幅相同的流道进行分析,而对于上下波纹振幅不同的非正规流道内的流动及换热性能的研究却鲜有报道。而这对于揭示板式换热器的内在换热机理、提高换热效率有着极其重要的影响。本文采用计算流体力学(CFD)方法对M型、H型混合板式换热器和非正规单元波纹通道进行了仿真分析。本文的主要研究结论总结如下:(1)触点在M型板内呈现“方格状”分布,而在H型板内则呈“菱形状”分布。流体在触点两侧流速、温度较高,而在触点尾部易形成低速尾涡区,且温度最低;随着雷诺数(Re)的增加,流道内换热效果增强。(2)M、H型混合板式换热器的平均努塞尔数((?))和压降(△P)都随Re的增大而增大,且压降增加的幅度要大于平均努塞尔数的增幅。同时,相同Re下,较大波纹倾角(β)板片组合的换热器的换热性能要高于较小波纹倾角板片组合。波纹高度(η)越高、波纹间距(λ)越小的换热器,其(?)、△P越大。(3)在非正规单元波纹通道内,流体的速度及温度分布不同。高速高温流体主要集中在中下部,而在上凹面处易形成回流漩涡。涡流大小随上波幅的增加而增大,随下波幅的增加而减小。(4)增加波纹高度或减小波纹间距,三种波纹通道(A<B,A=B,A>B)的平均努塞尔数((?))和摩擦阻力(f)均增大,其中,上下波幅为3mm的波纹通道综合换热性能(PEC)较好。各波纹通道获得最佳换热性能的波纹高度在2mm~3mm,波纹间距为12mm~14mm。各波纹通道的下壁面的换热性能要大于上壁面。(5)相移角(θ)对三种波纹通道内流动及换热特性有较大的影响。其中在相移角θ=300°时,波纹通道内换热效果最大,但摩擦阻力也相应增大。经研究发现在相移角为0°,360°时,波纹通道的综合换热性能最大。
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