板翅式换热器平直翅片通道耦合换热特性

摘要

随着国家的经济建设大力发展，各生产部门的换热环节对朝着高效、节能的生产模式转换的诉求越来越高。板翅式换热器作为一种紧凑，高效的间壁式换热器已大量运用于实际生产过程中。多种材料和型式的新型翅片的板翅式换热器已大量实际运用。电器设备中发热器件的冷却多采用板翅式换热器。对该类换热过程的研究，现多数采用实验结合数值方法。随着计算机和数值方法的快速发展，数值方法成为主要研究手段。用数值研究时，通常所设定翅表面的热边界条件有两种:一种为等壁温边界条件，一种为等热流边界条件。但在实际工作时翅面热边界并不属于上述两种边界条件。由于热量需要通过流体区周围的翅片隔板才能传入流体区域，此时壁面上的温度和热流密度并不能保持处处恒定，从而可将其视作一种混合热边界条件，要在数值分析中实现该边界，必须通过传热的耦合分析。
　　本文对板翅式换热器平直翅片通道在混合热边界条件的传热特性进行数值模拟，并与等壁温和等热流边界条件下的结果进行分析对比。主要研究内容有建立板翅式换热器平直翅片通道耦合传热模型;离散数学模型;编制程序，进而求解离散方程;获得板翅式换热器平直翅片通道耦合传热特性。研究结果表明:雷诺数Re从400到1600板翅式换热器平翅片通道在混合热边界条件的平均努塞尔数高于等壁温条件平均努塞尔数3％～4％而小于等热流条件平均努塞尔数26％～27％。因此在此类换热器传热性能设计时尚无可用的耦合关联式时，可近似采用等壁温条件的关联式。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 板翅式换热器简介

1．2 板翅式换热器的基本结构和常用型式

1．3 板翅式换热器强化传热的特点

1．4 板翅式换热器国内外主要研究进展

1．5 本文的主要工作

2 数值分析模型

2．1 计算区域的几何结构

2．2 计算区域的控制方程和边界条件

2．2．1 控制方程的简化

2．2．2 边界条件的设定

3 数值模拟计算

3．1 平直翅片几何参数

3．2 网格的划分

3．2．1 混合热边界条件计算网格

3．2．2 等壁温和等热流条件下的计算网格

3．3 同位网格中SIMPLE算法

3．3．1 压差的引入和动量方程的离散

3．3．2 速度的修正

3．3．3 同位网格上的SIMPLE算法的计算步骤

3．4 计算参数及初场设定

3．4．1 流体物性参数

3．4．2 耦合计算条件下温度初场的设定

3．5 热平衡计算和迭代收敛的判断

3．5．1 热平衡计算

3．5．2 迭代收敛的判断依据

3．6 传热特性定义

4 数据的处理

4．1 热量计算与翅片效率

4．2 板翅式换热器的f因子和j因子的计算方法

4．2．1 f因子和j因子的定义

4．2．2 板翅式换热器平直翅片压降计算

4．2．3 板翅式换热器平直翅片传热系数j计算

4．3 局部努塞尔数与平均努塞尔数

5 结果分析

5．1 程序考核

5．2 不同Re数下YZ截面温度分布图

5．3 不同Re数下流动通道的XY截面速度矢量图

5．4 平直翅片的平均努塞尔数

5．5 f，j因子与Re的关系曲线图

5．5．1 各计算条件中不同Re数下的进出口压降及f因子

5．5．2 各计算条件中不同雷诺数下的流道整体平均努塞尔数、平均斯坦顿数及j因子

5．5．3 不同计算条件下翅式换热器平直翅片板流道品质

结论

致谢

参考文献