蒸发式板片冷凝器板片传热特性的数值模拟

摘要

节能和结构小型化已成为未来空调设备发展必然趋势.由于冷凝器在空调系统中无论是体积还是能耗都占了相当大的比例,因而研究新型节能的冷凝器是有意义的.该文研究的就是一种新型实用的冷凝器,它的换热管截面形状为橄榄形(因而该换热管也称为板管或者板片),采用水膜蒸发冷凝方式.该文通过使用Fluent软件对该冷凝器板片进行了数值模拟,进而研究其传热特性.首先,简述了国内外换热器的现状及发展和蒸发式板片冷凝器的工作原理.在此基础上,提出了该课题研究冷凝器新型换热管和蒸发式冷凝方式相结合的意义.然后对板片壁面上水膜的形成、水膜和空气接触时的传质交换机理做了理论分析,并建立了物理和数学模型.数值模拟部分应用Fluent软件对板片壁面水膜蒸发过程传热特性,板间水膜、空气流动特性及组份比例做了模拟实验研究.对比分析三种不同的冷凝器方式发现:蒸发式冷凝方式板片传热系数高,效能也较高;在冷凝器结构固定时,适当地配备风速和水流流速,板片能获得最佳传热效果,几何结构特征板间距离对传热效果的影响也是明显的;应用Matlab软件对数据曲线拟合、回归及插值,得到了传热系数分别关于风速、水流流速及板间距离的多项式回归方程,并作出了二维样条插值图形.该文对蒸发式冷凝方式在空调系统冷凝器中的应用作了一次探讨,模拟的结果对于新型实用的板片冷凝器的设计是有意义的.

目录

文摘

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第一章绪论

1.1研究的背景及意义

1.1.1换热器在制冷工业中的应用

1.1.2制冷用换热器换热技术

1.2研究课题的提出与任务

1.3国内外研究现状

1.3.1换热器研究现状与发展

1.3.2冷凝器冷凝方式的发展

1.3.3蒸发式冷凝器传热管的发展

1.4本文主要工作内容和方法

1.5小结

第二章蒸发式板片冷凝器的特性

2.1概况

2.2板片式冷凝器结构与工作原理

2.3板片式冷凝器的特点

2.4板片式冷凝器和蒸发冷却技术换热特性的比较

2.4.1蒸发冷却技术的简介

2.4.2板片式冷凝器技术

2.5小结

第三章理论分析

3.1水膜热湿传递过程分析

3.1.1湿空气的物理性质

3.1.2热质交换过程中换热分系数的确定

3.1.3热质交换过程中传质分系数的确定

3.1.4水膜和空气接触时的热质交换机理

3.2板片式冷凝器数学模型的建立

3.2.1液膜流动控制方程

3.2.2气相连续方程、动量方程和能量方程

3.2.3辅助方程

3.3小结

第四章数值模拟

4.1数值法的介绍

4.1.1 CFD简介

4.1.2 CFD计算过程

4.1.3 CFD软件的简介

4.2应用Fluent软件模拟实验

4.2.1 Fluent软件的介绍

4.2.2 Fluent计算流程

4.2.3物理模型的建立

4.2.4网格的划分

4.2.5计算模型

4.2.6材料属性

4.2.7边界条件和初始条件

4.3数值模拟结果

4.3.1板间流体流动特性

4.3.2传热特性

4.3.3组分比例

4.4小结

第五章数据分析与结果

5.1三种冷凝方式效果分析

5.1.1风冷式冷凝效果

5.1.2水冷式冷却效果

5.1.3蒸发冷凝式冷凝效果

5.1.4三种冷凝方式效果比较

5.2影响热交换几个重要因素

5.2.1风速

5.2.2水流速度

5.1.3板片间距

5.3曲线拟合、回归及二维插值

5.3.1关于流速的曲线拟合及回归

5.3.2关于几何特征的曲线拟合及回归

5.4小结

结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的学术论文

致谢