板壳式滑油冷却器强化换热研究

摘要

圆形板壳式换热器不仅有体积紧凑，换热高效的优点，而且承压能力明显强于方形板式换热器，能够承受6MPa的高压，将其应用于滑油冷却器具有较好的前景。本文采用实验和数值模拟的手段对其流动与换热特性进行研究。
　　通过实验对圆形板壳式滑油冷却器和方形板式滑油冷却器的流动以及换热性能进行研究。实验结果表明：在多流程的圆形板壳式滑油冷却器中，粘度随温度降低而增加，使得前一流程的传热和压降特性都优于后一流程；在相同的压降下，圆形板壳式滑油冷却器的单位体积换热量约为方形板式的1.3~1.4倍，具有较好的综合性能。此外，本文针对这两种板式滑油冷却器的两侧对流换热系数难以采用现有分离法分离的情况，提出了一种新的对流系数分离法——线性约束分离法，分离出的实验关联式误差小于5％。
　　考虑到实验成本过高，本文采用CFD数值模拟手段研究圆形波纹板的结构参数和流程结构对流动与换热的影响。发现对于圆形的波纹板，当波纹夹角β从15°增加到60°，换热能力和压降都会增加，当波纹夹角β超过60°时，换热能力基本不变，压降仍然增加；波纹节高比P/H增加，换热能力与压降同时增加。这两点与已有的方形波纹板的研究结果一致。但也发现几点不同之处：当仅波纹夹角β改变，流型不发生转变，一直保持曲折流；在圆形板壳式滑油冷却器中，波纹类型的改变对流动与换热基本无影响。此外，并联流道数和雷诺数的增加都会使流量分配均匀性变差，导致压降明显增加，同时也会使传热恶化，但是影响较小；在本文研究工况下，当流道数多于75时，在相同雷诺数下，单流程的圆形板壳式滑油冷却器的压降大于两流程的压降。因此，强化圆形板壳式滑油冷却器的流动及换热性能，需采用波纹夹角β为60°，波纹节高比尽可能小；当Re=20时，单个流程的并联流道数不宜超过75个。

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第1章 绪论

1.1 研究背景

1.2 滑油冷却器的强化换热技术

1.3 板式换热器研究现状

1.4 本文研究内容及难点

1.5 本章小结

第2章 实验装置和结果分析

2.1 实验系统

2.2 实验元件

2.3实验内容

2.4实验数据处理方法

2.5实验结果分析

2.6 本章小结

第3章 数值模拟理论基础和方法

3.1 计算流体力学简介

3.2 FLUENT简介[55]

3.3 数值计算方法

3.4 本章小结

第4章 数值计算结果分析

4.1 评价参数

4.2 数值计算结果的验证

4.3 单流道流动与传热特性的数值研究

4.4 单流程流动特性的数值研究

4.5 多流程流动特性的数值研究

4.6本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的学术成果

致谢