組合渦發(fā)生器在螺旋板式換熱器上的強化傳熱及其結(jié)構(gòu)優(yōu)化研究.pdf

1、螺旋板式換熱器是一種熱量傳遞設(shè)備，應(yīng)用廣泛，其換熱效率的高低決定了能源的節(jié)約與耗損。由于螺旋通道的特殊結(jié)構(gòu)，換熱氣側(cè)的熱阻約占總熱阻的90％，致使換熱效率明顯降低?？v向渦發(fā)生器是一種被動式強化傳熱方式，強化換熱效果顯著，現(xiàn)已成為熱交換領(lǐng)域發(fā)展的主流趨勢之一。
　　本文在此基礎(chǔ)上提出在螺旋板式換熱器通道壁面上焊接三角翼和橢圓柱兩種組合形式渦發(fā)生器，目的是改善氣側(cè)換熱系數(shù)，提高換熱效率，降低能量損失。它的開發(fā)和研究從理論上來說，可以豐

2、富傳熱學(xué)知識，具有重要的學(xué)術(shù)價值。對實際工程也起到指導(dǎo)作用，給工業(yè)應(yīng)用帶來新的發(fā)展方向，具有現(xiàn)實意義。
　　文中通過理論分析、數(shù)值模擬和實驗研究三種方法相結(jié)合的手段，對組合渦發(fā)生器在換熱通道內(nèi)的強化傳熱特性進行研究，主要工作如下：
　　(1)以傳熱學(xué)、流體力學(xué)、高等傳熱學(xué)等相關(guān)理論知識為基礎(chǔ)，根據(jù)渦流發(fā)生器形狀分析渦旋產(chǎn)生的條件；從邊界層理論和場協(xié)同原理兩個方面揭示渦旋強化傳熱機理；確定強化傳熱的綜合判定方法。
　　(

3、2)綜合國內(nèi)外研究成果，總結(jié)分析，確定擾流元形式及基本參數(shù)。利用pro/Engineer5.0建立物理模型，Gambit2.1軟件劃分計算網(wǎng)格；在Fluent求解器中設(shè)定邊界條件、選擇適合的控制方程及介質(zhì)的物性參數(shù)，對計算模型進行數(shù)值模擬，研究三角翼不同攻角α、橢圓柱不同攻角β及組合間距s對螺旋通道換熱性能的影響，得出換熱規(guī)律。再選擇正交試驗設(shè)計方法，得出優(yōu)化結(jié)構(gòu)和組合形式。
　　(3)在數(shù)值模擬的基礎(chǔ)上，對優(yōu)化結(jié)構(gòu)和常規(guī)結(jié)構(gòu)換熱

4、器的換熱模型分別進行實驗研究，對比實驗結(jié)果，并且驗證數(shù)值模擬的準(zhǔn)確性。
　　綜合研究結(jié)果表明：在Re=4000-7000范圍內(nèi)，Nu均隨雷諾數(shù)Re增大而增大， f則隨Re增大而減小。在三個影響因素中，組合間距s對換熱影響最大，三角翼攻角α次之，橢圓柱渦發(fā)生器攻角β影響最小。當(dāng)組合間距s=90mm，三角翼攻角α=45°，橢圓柱攻角β=45°時可以使得試驗指標(biāo)G最高，證明這種組合為最優(yōu)結(jié)構(gòu)，換熱效果最佳。通過實驗對比優(yōu)化結(jié)構(gòu)的平均總換