新型铸铁式双翅片板式空气预热器的实验研究与数值模拟优化分析

摘要

本文研究了一种针对化工行业中使用的铸造式翅片板式空气预热器。在换热器的研发过程中，传热性能和阻力性能必须经过实验验证，才能应用于工程实际问题。本文通过实验和数值模拟研究了实验件的热工性能，并通过数值计算分析了不同翅片间距的换热器。本文还采用火积理论对试验件进行了性能评价。论文主要内容如下：
　　1、通过搭建空气预热器实验平台，采用等流速法对试验件进行实际工况分组性能测试，采用拟合作图法获得试验件的综合换热系数K、换热准则式、以及换热因子j和摩擦因子f的表达式。
　　2、通过分析实验件的结构，确定数值模拟传热单元，对传热单元进行实验工况数值模拟分析。结果显示，换热单元CFD计算的总换热系数和阻力因子与实验结果相差不大，最大误差不超过10％。另外，模拟分析了10～20mm不同翅片间距的空气预热器性能。模拟结果显示，翅片间距为10mm时基于中间板面积综合换热系数K’最大，同时阻力最大，但压降增幅不大。在保证铸造工艺下，空气预热器强化换热优化应采用10mm翅片间距的模型。
　　3、针对本文对应的错流型空气预热器分析了其火积耗散方程，分析了换热热阻和当量热阻的关系，得到了对应的有效单元数和无因次当量热导的关系，并对实验数据分析得到了试验件有效度与无因次当量热导的关系式、实验件最大的有效度及对应的当量热导、以及试验件的火积效率表达式。文章中还提出了一种试验件的变翅片密度绕流优化方案。

目录

声明

1绪论

1.1课题背景

1.2空气预热器

1.3国内外研究现状

1.4本文研究内容

2 换热器热力计算方法与评价方法

2.1换热器换热计算方法

2.2换热器性能评价方法

2.3本章小结

3 性能实验与分析

3.1实验测试方法

3.2试验件结构

3.3实验装置

3.4实验内容

3.5实验结果分析

3.6本章小结

4 CFD数值模拟分析

4.1 Fluent数值模拟

4.2试验件模拟验证分析

4.3结构优化数值模拟分析

4.4本章小结

5 性能分析与评价

5.1火积的定义

5.2火积平衡方程与火积耗散

5.3火积传递效率分析

5.4铸铁式空气预热器性能分析

5.5本章小结

6 总结与展望

6.1本文主要结论

6.2展望

致谢

参考文献

附录 攻读学位期间发表的学术论文