紧凑式换热器传热和流动特性的数值模拟

摘要

研究并开发适用于不同工况要求的高效能换热设备已成为当前换热技术发展的主要趋势。紧凑式换热器由于其高效节能的优点得到了广泛的应用，而翅片作为紧凑式换热器的基本元件，对它的热力性能进行研究不仅有利于提高系统的整体性能，而且对改进紧凑式换热器的设计，推出更加节能、节材的紧凑式换热器有着重要的指导意义。 本文采用数值计算的方法对紧凑式换热器的传热和流动特性进行研究，对换热器常见的百叶窗翅片、锯齿翅片和波纹翅片分别进行了模拟，通过对不同结构参数的模型进行计算和分析，得出如下结论： （1）对百叶窗翅片而言，百叶窗偏转角度为26°～28°时有利于传热，但压降较大；翅片高度增大可提高综合传热性能；翅片间距与百叶窗间距比值为1.25～1.55时综合传热性能最佳。 （2）对锯齿翅片而言，错齿距为齿距的0.5倍时综合传热性能最佳，齿距较小时综合传热较好，而切口长度减小有利于传热但压降增大，综合传热效果受齿高影响。 （3）对波纹翅片而言，翅片间距减小有利于传热且压降较小；而翅片高度增大、翅片长度减小、翅片间距与翅高比值增大时，传热增强但压降增大；2倍波幅与波长比值为0.15～0.3时综合传热性能较好。 （4）对板翅式换热器进行了数值研究并计算得出该换热器的传热系数和压降值；然后对该换热器进行热力设计计算，将数值计算结果与热力设计计算进行了比较。 本文研究结论为紧凑式换热器的优化设计提供了参考。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1引言

1.2几种常见翅片强化传热的机理

1.3几种常见翅片的研究现状

1.3.1百叶窗翅片

1.3.2锯齿型翅片

1.3.3波纹翅片

1.4翅片性能的综合评价方法

1.5本文的主要研究内容和意义

第二章百叶窗翅片传热与阻力特性数值模拟

2.1百叶窗翅片传热与阻力特性的模拟

2.1.1数学模型

2.1.2计算方法

2.1.3数值计算结果分析

2.2数值计算结果与实验关联式计算结果的比较和分析

2.2.1实验关联式计算结果

2.2.2数值计算数据处理

2.2.3数值计算结果与实验关联式的比较

2.3百叶窗翅片结构参数对传热和阻力特性的影响

2.3.1百叶窗倾角对传热与阻力特性的影响

2.3.2百叶窗高度对传热和阻力特性的影响

2.3.3百叶窗间距对传热与阻力特性的影响

2.3.4翅片间距与百叶窗间距的比值对传热和阻力特性的影响

2.4本章小结

第三章锯齿翅片传热与阻力特性数值模拟

3.1锯齿翅片传热与阻力特性的模拟

3.1.1数学模型

3.1.2计算方法

3.1.3数值计算结果分析

3.2数值计算结果与实验关联式计算结果的比较和分析

3.2.1实验关联式计算值处理

3.2.2数据计算与实验关联式的比较

3.3锯齿翅片结构参数对传热和阻力特性的影响

3.3.1锯齿翅片错齿距对传热和阻力特性的影响

3.3.2锯齿翅片齿距对传热和阻力特性的影响

3.3.3锯齿翅片切口长度对传热和阻力特性的影响

3.4本章小结

第四章波纹翅片传热与阻力特性数值模拟

4.1波纹翅片传热与阻力特性的模拟

4.1.1数学模型

4.1.2计算方法

4.1.3数值计算结果分析

4.2数值计算结果与实验关联式计算结果的比较和分析

4.2.1实验关联式计算值处理

4.2.2数据计算与实验关联式的比较

4.3波纹翅片结构参数对传热和阻力特性的影响

4.3.1翅片间距对传热和阻力特性的影响

4.3.2翅片高度对传热和阻力特性的影响

4.3.3翅片长度对传热和阻力特性的影响

4.3.4翅片间距与翅片高度的比值对传热和阻力特性的影响

4.3.5 2倍波幅与波长的比值对传热和阻力特性的影响

4.4本章小结

第五章板翅式换热器的数值模拟和热力计算

5.1板翅式换热器基本元件与结构

5.2板翅式换热器的数值模拟

5.2.1物理对象

5.2.2计算模型的选取

5.2.3数学模型

5.2.4冷却介质的物性参数设置

5.2.5边界条件设置

5.2.6数值计算结果

5.2.7数值计算值与实验关联式计算值的比较和分析

5.3板翅式换热器的热力设计计算

5.4本章小结

第六章结论和后续工作

6.1本文结论

6.2后续工作

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间主要的研究成果