疊蜂窩螺旋板換熱器內(nèi)部流動與傳熱強化研究.pdf

1、換熱器的性能對緩解資源短缺問題起著十分重要的作用，研發(fā)各種新型換熱器或改進傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)已成為國內(nèi)外學者的研究焦點。本文提出一種新型的疊蜂窩螺旋板式換熱器包括圓柱型、橢圓型和菱型三種疊蜂窩結(jié)構(gòu)，對其內(nèi)部流動和傳熱性能進行了對比研究。采用數(shù)值計算的方法，分析了該新型換熱器的傳熱強化機理，最終得到一種傳熱性能較優(yōu)的新型疊蜂窩螺旋板式換熱器。本文的主要研究成果如下：
　　首先，為了綜合比較蜂窩與疊蜂窩結(jié)構(gòu)的換熱性能，先進行了蜂窩與疊蜂窩平板換

2、熱模型的數(shù)值模擬，得到應用于本研究的數(shù)值模擬方法。依據(jù)流體在螺旋流道內(nèi)的流動及傳熱特性，建立了蜂窩與疊蜂窩螺旋板換熱器的模型，采用Re alizable k??模型和RNG k??模型作為模擬的湍流模型。綜合考慮本研究的研究目的和各種換熱器性能評價方法的應用范圍，最終確定使用單一性能評價法，綜合比較溫度、傳熱系數(shù)、努塞爾數(shù)等多個指標，對蜂窩與疊蜂窩換熱模型進行了數(shù)值研究。
　　其次，對圓柱型蜂窩與疊蜂窩螺旋板式換熱模型進行仿真計算

3、，從速度場的速度大小、渦度大小、湍流強度和溫度場的靜溫、焓、熵、表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)、表面努塞爾數(shù)等指標入手，綜合分析比較了蜂窩與疊蜂窩結(jié)構(gòu)換熱模型的內(nèi)部流動與傳熱特性。疊蜂窩模型內(nèi)部流體的流動狀態(tài)比較混亂，混亂程度大于蜂窩模型，而且波動性較強，呈現(xiàn)類似于潮起潮落的特點；流體流動的混亂度的增加，能夠有效地增強換熱能力，提高傳熱速率。
　　然后，對圓柱型、橢圓型及菱型三種疊蜂窩結(jié)構(gòu)的螺旋板換熱模型進行了數(shù)值模擬，并完成了模擬結(jié)果的對比分析。

4、發(fā)現(xiàn)圓柱型螺旋板換熱模型的流動和傳熱性能比橢圓型和菱型差，而橢圓型內(nèi)部流體的流動較為劇烈、混亂，這樣的流動往往會加大設(shè)備的損壞及能耗的增加。最后選擇菱型螺旋板換熱模型作為較優(yōu)化模型。
　　最后，根據(jù)正交試驗方法，將橫對角線、縱對角線、疊蜂窩高度和入口流速作為優(yōu)化的4個因素，出口溫度、努塞爾數(shù)和表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)作為3個指標，各參數(shù)分別選取3個水平，確定恰當合適的正交表，完成了正交優(yōu)化試驗的方案設(shè)計。通過觀察得到的出口溫度、努塞爾數(shù)和表面