新型筒状即热式热交换器研究与设计

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智能温水座便器在中国的出现,使国内人们日常生活的品质进一步得到提高。即热式热交换器是智能温水便座中的核心部件之一,它能够快速加热冷水使变为舒适温度的温水,并能长时间供给。因此即热式热交换器的性能优劣影响智能温水座便器的使用舒适性。目前市场上在售的即热式智能温水便座普遍存在以下问题:换热效率不高,加热器表面温度高影响到使用寿命;出水温度波动较大,洗净时给人体忽冷忽热的不舒服的洗净感;同时加热冷水直到舒适温度的温水所需要的等待时间较长等问题。论文针对现有某型号电热陶瓷即热式热交换器的换热效率不高、出水温度波动大、加热时间长等问题,进行产品改进设计,提出一种新型即热式热交换器结构,并对其结构参数进行了优化设计。  本论文分析了现有量产的大功率热交换器的技术现状,利用传热学方面的知识,针对现有某型号热交换器技术上的不足点进行改善设计。论文设计了一种新型即热式热交换器,选择旋回流路流路截面高度、直线流路流路截面高度、旋回流路流路截面长度为设计参数;利用FLUENT软件对这种即热式热交换器的液体流动、传热过程及加热器表面温度分布进行数值模拟计算,研究设计参数对即热式热交换器换热性能的影响;利用CNC加工出即热式换热器实物样品,对实物样品进行换热性能试验,通过实物试验结果和模拟分析结果的对比,验证论文所建立的换热器换热性能数值模拟分析模型的准确度;最后以旋回流路流路截面高度、直线流路流路截面高度、旋回流路流路截面长度为设计参数并制作参数组合表,并利用FLUENT软件对正交表计算分析得出的参数进行模拟分析出加热器的表面温度。以加热器表面温度最低为优化目标,从而得到即热式热交换器的优化设计最佳参数。  本论文工作的特点在于:针对现有产品的不足,通过改进热交换器结构,将原先的自然对流传热方式转变为强制对流传热方式,并且增强不同温度水流的互相混合作用,利用数值模拟分析方法对热交换器设计参数进行了分析和优化,从而使得热交换器换热效率大幅提升;在确定设计参数优化取值范围的时候就考虑现有的约束条件,以免将参数优化完成后,用于正式量产时才发现之前的优化参数不能使用,需要重新数值分析;用CNC加工实物进行实物试验,以验证换热器换热性能数值模拟分析模型的准确可信度。这种产品改进和优化设计方法能有效地节省改进设计成本,对企业将来不同款式的热交换器的优化设计具有重要的指导意义。
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