人字形板式换热器换热流动特性的数值分析与实验研究
板式换热器作为一种高效、紧凑的换热元件，广泛应用于石油、化工、冶金、动力等工程领域，在国民经济和工业生产中起到重要作用。因此，对板式换热器进行板型的开发和优化设计，提高换热器整体性能具有十分重要的现实意义和应用价值。本文采用数值模拟与实验相结合的方法，对人字形板式换热器的流场和换热特性进行了研究，分析了结构参数与流动阻力和换热性能的关系。
通过数值模拟讨论了板式换热器的三个基本参数:波纹倾角β，波纹间距λ，波纹高度H,对板式换热器内部流动与换热特性的影响。β较小时，流场呈现“十字交叉流”的流态，β较大时，流场呈现“曲折流”的流态。Nu随着β的增大，先增大后减小，在β=70°附近时出现转折，而压降随着倾角的增大而增大;Nu随着λ的增大而逐渐下降，同时压降也逐渐下降;随着H的增大Nu增大，压降减小。
研究表明触点是板片上换热效果最好的点，触点附近，流道收缩，形成一系列漩涡，增强了附近的扰流程度，换热效果加强。因此本文通过数值模拟研究了影响触点分布的重要参数，即下层波峰线到板换长度方向对称轴的距离L。在板片三个基本参数不变的情况下，L的变化主要对第一层触点的纵坐标产生影响，触点横坐标不随其改变。压降、Nu与面积质量因子j/f随L的变化均呈现周期性变化，周期为λ/2sinβ，在L=λ/4sinβ获得最值，在设计板式换热器时可考虑参数L的影响以进一步优化板换的综合性能。
通过数值模拟，对“热混合”板式换热器进行了研究。固定下壁面倾角βb时，Nu和压降随上壁面倾角βt的增大而增大，粘性耗散随着βt呈现先增大后减小的趋势，且在上下倾角之和为100°时取得极大值。随着入口Re的增大，压降和Nu均呈现上升的趋势，火积传递效率基本呈现震荡降低的趋势，且硬板组合的传递效率要高于软板组合。
搭建人字形板式换热器水-水换热实验台，测试BR0.5-U-0.5B人字形波纹板片的换热阻力性能，并与模拟结果进行对比。运用威尔逊图解法与等流速法分别对数据进行了处理，对比发现模拟热侧出口温度高于实验值，冷侧出口温度低于实验值，威尔逊图解法工况下，冷侧、热侧出口压强均高于模拟值，误差均在10％以内，本文的模拟结果与实验结果的变化趋势具有较好的一致性。利用数值模拟可以更加方便快捷地获取板换性能，为新板型的设计提供一定的依据，并能大量节省实验成本。
板式换热器;数值模拟;换热阻力特性;场协同;结构参数
山东大学
硕士
工程热物理
田茂诚
2013
中文
TK172;TK124
81
2013-10-30（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）