擾流孔強(qiáng)化蓄熱式波紋板對(duì)流換熱的特性研究.pdf

1、為了提高蓄熱式換熱器的換熱效率，特別是含塵煙氣的余熱回收過程中往往伴隨著腐蝕、堵灰問題，蓄熱式換熱器的換熱元件（蓄熱式波紋板）表面結(jié)構(gòu)必須進(jìn)行合理地改造。擾流孔的存在導(dǎo)致傳熱元件的上下表面壓差不同，進(jìn)而會(huì)形成垂直于擾流孔截面的縱向流動(dòng)。該流動(dòng)會(huì)破壞原有的灰塵積結(jié)方式，縱向流動(dòng)在灰塵的擴(kuò)散過程中可以減緩灰塵在重力作用下的沉降，利于灰塵排出換熱器，從而可以緩解積灰腐蝕等問題。本文提出了在傳熱元件上添加擾流孔強(qiáng)化傳熱的方法，并從熱力學(xué)第二定律

2、?損概念對(duì)添加擾流孔后的傳熱元件進(jìn)行了分析。
　　采用瞬態(tài)實(shí)驗(yàn)方法本文研究了三種排列角度（15o，30o，45o）的擾流孔強(qiáng)化波紋板蓄熱元件的傳熱特性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與未添加擾流孔的波紋板蓄熱元件相比，三種排列角度（15o，30o，45o）下的帶擾流孔的蓄熱元件的平均Nu數(shù)分別提高了17.1％，24.8%，34.9%；而三種情況下的阻力系數(shù)f因子則分別提高了24.7%，33.1%，38.4%。這說明擾流孔帶來的強(qiáng)化傳熱效果明顯，與

3、其他強(qiáng)化傳熱手段相比阻力升高幅度相對(duì)較小。利用等效泵功下的 Nu/Nuo值比較發(fā)現(xiàn)，與排列角度為30o和15o相比，45o時(shí)比前兩者的Nu/Nuo分別高了53.3%，67.8%，這表明擾流孔排列角度為45o時(shí)，波紋板蓄熱元件具有最佳性能。
　　為了評(píng)價(jià)擾流孔強(qiáng)化波紋板蓄熱元件傳熱的效果，本文從熱力學(xué)?的角度對(duì)帶擾流孔的波紋板蓄熱元件的?損和?損系數(shù)進(jìn)行了分析與研究。文中的?分析方法將?分析計(jì)算從穩(wěn)態(tài)傳熱計(jì)算拓展到了瞬態(tài)傳熱，增大了

4、?分析計(jì)算公式的適用范圍。分析得到了?損與?損系數(shù)隨雷諾數(shù)的變化曲線，曲線表明?損和?損系數(shù)有一個(gè)臨界值，臨界值處?損和?損系數(shù)的數(shù)值均達(dá)到峰值。臨界值存在的原因主要是流體的流動(dòng)形態(tài)處于過渡態(tài)時(shí)流體的無規(guī)則運(yùn)動(dòng)變化劇烈，導(dǎo)致流體的熵增會(huì)隨雷諾數(shù)的增大而增大，從而使?損和?損系數(shù)數(shù)值達(dá)到峰值。雷諾數(shù)在臨界值時(shí)，能量浪費(fèi)較為嚴(yán)重。對(duì)于傳熱元件而言，為了提高能量的利用效率應(yīng)盡可能的避開其在臨界值附近工作運(yùn)行。
　　為了探究流道曲率半徑對(duì)

5、擾流孔強(qiáng)化傳熱時(shí)帶來的影響，利用數(shù)值模擬方法研究了3種曲率半徑下開擾流孔時(shí)的強(qiáng)化傳熱效果，并獲得了不同工況下的速度場以及溫度場分布。數(shù)值模擬結(jié)果表明，開擾流孔之后，通道內(nèi)空氣出現(xiàn)擾動(dòng)，擾流孔附近產(chǎn)生縱向速度和板間流動(dòng)，致使通道內(nèi)流速分布及溫度分布更為均勻，換熱效果增強(qiáng)。利用分離式方法，從理論角度初步分析了擾流孔帶來的阻力與傳熱變化。擾流孔孔徑7、8、9mm三種情況中，綜合強(qiáng)化換熱性能最好的是擾流孔孔徑9mm的情況，而波紋圓弧曲率半徑對(duì)擾