凹凸板式換熱器耦合換熱的數(shù)值分析與優(yōu)化研究.pdf

1、金屬板片是板式換熱器最主要的部件，它的表面形狀是影響熱量和動量傳遞的主要因素。本文基于強化換熱原理，以數(shù)值研究為方法，對凹凸板式換熱器的雙流道耦合換熱過程的流動換熱性能與阻力特性進行了研究，并提出了一種新型波浪形凹凸換熱板片。本文的主要工作和結(jié)論有：
　　（1）分別對光滑板式和凹凸板式換熱器雙流道耦合換熱過程進行了數(shù)值研究。首先確定了適于本文的標準k-ε模型和增強壁面函數(shù)，熱流體側(cè)以氮氣為工質(zhì)，冷流體側(cè)以氦氣為工質(zhì)，以光滑板式與凹

2、凸板式換熱器雙流道為研究對象，利用Fluent進行了換熱性能和阻力特性的數(shù)值計算。結(jié)果表明:無論是平板流道還是凹凸板式換熱器流道中，總換熱量Q、表面換熱系數(shù)h和Nu變化規(guī)律較為一致，均隨Re增加而增加，且增長率隨Re的增大逐漸降低；阻力系數(shù)f值隨Re的增大而減小，但變化趨勢逐漸平緩；基準平板流道的綜合換熱性能Nus/fs1/3值得變化范圍為246~566，隨 Re的增大而增大；凹坑處協(xié)同角減小，說明凹坑結(jié)構有利于流場與溫度場協(xié)同性的提高

3、。
　?。?）本文對耦合換熱過程中凹凸板式換熱器雙流道進行了結(jié)構參數(shù)和流動參數(shù)的多目標優(yōu)化研究。以Workbench為仿真優(yōu)化平臺，確定了優(yōu)化目標和變量范圍，采用了遺傳算法，綜合考慮了不同Re下?lián)Q熱器的最佳結(jié)構參數(shù)，優(yōu)化結(jié)果表明：響應面預測值與試驗值相吻合，因此優(yōu)化結(jié)果準確可靠；凹坑/凸胞深度h和板間距H對目標函數(shù)Nu、f和PEC有決定性作用，凹坑半徑R次之，凹坑分布間距P的影響則可忽略不計；不同流動參數(shù)下圓形凹坑流道的最佳結(jié)構參

4、數(shù)為P=26mm，R=7mm，H=15mm，h=3mm；對凹凸板換熱器的125組數(shù)據(jù)進行了多元線性回歸的數(shù)據(jù)分析，得到了其流動換熱準則關系式。
　?。?）基于對光滑板式和凹凸板式換熱器雙流道耦合換熱過程的數(shù)值計算和模擬結(jié)果，本文提出了一種波浪型凹凸板片，分析了其雙流道耦合換熱過程的傳熱與流阻特性。對比了波浪形凹凸板片、光滑板片和圓形凹凸板片的熱力性能，分析了波浪形凹凸板結(jié)構參數(shù)與流動工況對耦合換熱過程的影響。結(jié)果表明：通過對比波浪

5、形凹凸流道和最佳圓形凹凸流道的耦合換熱過程，發(fā)現(xiàn)波浪形凹凸流道的傳熱性能相較于最佳圓形凹凸流道的傳熱性能有所增強，但差距隨Re增大而減??；而波浪形凹凸流道的阻力系數(shù)f較最佳圓形凹凸流道的阻力系數(shù) f有明顯下降；波浪形凹凸流道的綜合傳熱性能好于最佳圓形凹凸流道和光滑流道；用正交試驗的方法研究了主要結(jié)構參數(shù)對波浪型凹凸板雙流道耦合換熱過程的影響，發(fā)現(xiàn)無論是考慮Nu、f還是綜合換熱性能，Re都是最敏感的參數(shù)，其次是橫波波長L，而振幅h對三者均