新型復(fù)合人字形板式換熱器傳熱與流動(dòng)理論分析及實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、目前中國正面臨著環(huán)境污染、能源緊張和節(jié)能減排的多重壓力，能源供應(yīng)成為制約我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸。因此如何有效的利用能源和節(jié)約能源成為保證國民經(jīng)濟(jì)不斷向前發(fā)展的重要因素。板式換熱器作為一種傳熱性能優(yōu)越的熱動(dòng)力元件，廣泛的應(yīng)用于石油、化工、動(dòng)力、制冷和食品加工等行業(yè)，因此研究強(qiáng)化傳熱技術(shù)、開發(fā)新型的、緊湊的、高效的板式換熱器，提高板式換熱器的換熱性能，減少換熱過程中的能量損失，具有十分重要的意義。本文提出了一種新型復(fù)合人字形板式換熱器，采用理論

2、分析、數(shù)值模擬及實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合的方式對(duì)其換熱特性和阻力特性展開了研究。
　　 首先，依據(jù)一定假設(shè)對(duì)板式換熱器進(jìn)行簡(jiǎn)化，建立了完整流道的板式換熱器模型，在考慮介質(zhì)流體物性變化和流體與固體耦合換熱的基礎(chǔ)上，使用RNG k-ε湍流模型、換熱面網(wǎng)格加密技術(shù)、邊界層網(wǎng)格技術(shù)及GGI(general grid interface)網(wǎng)格鏈接技術(shù)，模擬分析了1-1程三流道板式換熱器模型。通過對(duì)數(shù)值模擬結(jié)果的分析，得到了包括:大小波紋比例、波高、

3、波紋密度及波紋傾斜角度在內(nèi)幾個(gè)重要幾何參數(shù)對(duì)復(fù)合人字形板式換熱器流動(dòng)與傳熱特性的影響規(guī)律;同時(shí)討論分析了復(fù)合人字形板式換熱器流道內(nèi)介質(zhì)流動(dòng)形態(tài)、速度分布、壓力分布、和溫度分布以及換熱面的溫度分布和熱流分布情況。
　　 基于場(chǎng)協(xié)同原理，綜合考慮速度場(chǎng)、溫度場(chǎng)及壓力場(chǎng)三場(chǎng)的協(xié)同性，分析了波紋傾斜角度對(duì)新型復(fù)合人字形板式換熱器的協(xié)同性影響，結(jié)果顯示:波紋傾角在30°～70°范圍內(nèi)，傾角為30°的復(fù)合人字形板式換熱器三場(chǎng)協(xié)同性最佳。

4、r>　　 根據(jù)(火積)耗散原理，定義了評(píng)價(jià)換熱器性能的(火積)耗散均勻性系數(shù)。(火積)耗散均勻性系數(shù)代表換熱器內(nèi)(火積)耗散分布情況，當(dāng)換熱器內(nèi)(火積)耗散分布均分時(shí)，換熱器總的(火積)耗散最小;同時(shí)定義了(火積)耗散的分配率，其代表換熱器內(nèi)由溫差引起(火積)耗散與由阻力引起(火積)耗散之間的比例關(guān)系。復(fù)合人字形板式換熱器的(火積)耗散均勻性和(火積)耗散分配率分析結(jié)果表明:在對(duì)流換熱過程中(火積)耗散與系統(tǒng)有用能損失存在對(duì)應(yīng)關(guān)系，(

5、火積)耗散最小意味著系統(tǒng)有用能損失最少;同時(shí)(火積)耗散與系統(tǒng)(火積)耗散均勻性也存在對(duì)應(yīng)關(guān)系，系統(tǒng)(火積)耗散越均勻意味其(火積)耗散越小，即系統(tǒng)有用能損失最少。隨著雷諾數(shù)的增加，在總的(火積)耗散中，由阻力引起的(火積)耗散比重逐漸增大。
　　 通過建立復(fù)合人字形板式換熱器實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，對(duì)復(fù)合人字形板式換熱器進(jìn)行了水-水及油-水實(shí)驗(yàn)研究，得到了流體在這種換熱器內(nèi)的換熱準(zhǔn)則方程和流動(dòng)特性方程。實(shí)驗(yàn)結(jié)果和數(shù)值模擬結(jié)果均表明:復(fù)合人字