板翅式空气-空气全热交换器传热传质数值模拟与优化

摘要

为了缓解能源问题带来的压力，必须对节能减排加以重视。随着人们对室内空气品质要求的不断提高，对室外新风量的要求也在不断提高，从而形成了室内空气品质与新风能耗之间的矛盾。空气-空气全热交换器是解决这一矛盾的利器。由于经典叉流形式全热交换器的热回收效率难以得到提高，而将之改进成叉-逆流全热交换器。本文主要采用数值模拟的方法，结合实验与理论分析结论，较深入的对叉-逆流全热交换器进行研究，开展了下述工作:
　　(1)通过分析热质交换膜的传热传质机理，应用一种基于FLUENT二次开发的热湿耦合计算模型对叉流全热交换器进行仿真计算。采用与经典实验相同的三维模型与实验工况，通过与实验结论的对比来验证计算模型的准确性。进而计算传统叉流形式芯体，叉-逆流附带肋片芯体与叉逆流无肋片芯体的性能，发现肋片的存在不利于提升芯体性能。
　　(2)通过流道内部速度云图分析了肋片影响性能的具体原因，并通过评价芯体COP的办法给出了评价肋片价值的方法。研究发现:叉-逆流结构内部肋片的存在将大大降低能耗比，不安设肋片反而利于全热交换器适应实际工作中不同入口气流角度变化的情况。
　　(3)综合考虑流道高度，逆流段长度及新风排风入口气流角度等若干因素对不加载肋片的板式叉-逆流全热交换器进行结构优化，优化结论:综合考虑入口气流角度与逆流段长度的影响，认为新风排风同时平行或垂直对称轴时，保证逆流段长度400mm即可保证很大的换热效率，芯体通道宜选择为3mm。对实际芯体与外部导流设计及安装提供了指导。
　　(4)研究了不同工况条件对优化板式全热交换器性能的影响，通过matlab进行了多元回归分析，得到了显热效率，潜热效率的回归方程，回归效果显著。继而选取天津市作为寒冷地区的代表，上海市作为夏热冬冷地区的代表，分析应用优化板式差叉-逆流全热交换器的新风系统的节能效果。结果表明:将板式叉-逆流全热交换器应用于寒冷地区与夏热冬冷地区的空调系统中的回收效果是非常显著的，应用于寒冷地区的能量回收效率要略大于冬冷夏热地区。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 全热交换器简介

1．2．2 国内外研究现状

1．2．3 存在问题

1．3 本课题研究内容

第二章 数值计算模型

2．1 数值计算方法简介

2．1．1 CFD简介

2．1．2 FLEUNT简介

2．2 数学模型

2．3 Fluid Flow(Fluent)模块的具体应用

2．3．1 ANSYS Workbench 14．5工作流程

2．3．2 物理模型的建立

2．3．3 网格的划分

2．4 计算结果的验证与分析

2．5 本章小结

第三章 叉-逆流全热交换器的结构研究

3．1 全热交换器内部气流分布规律的研究与分析

3．1．1 数值分析

3．1．2 结果与讨论

3．2 叉-逆流全热交换器性能的评价

3．2．1 性能评价方法

3．2．2 结果与讨论

3．3 入口气流分布对全热交换器的影响

3．4 本章小结

第四章 板式叉-逆流全热交换器的优化

4．1 全热交换器的结构研究

4．1．1 逆流段长度对芯体性能的影响分析

4．1．2 数值模拟与理论计算的对比

4．1．3 通道高度对芯体性能的影响分析

4．2 全热交换器的优化研究

4．2．1 入流角度设置

4．2．2 综合因素影响

4．3 不同运行工况对芯体效率的影响

4．3．1 风量对优化全热交换器效率的影响

4．3．2 含湿量差对优化全热交换器效率的影响

4．3．3 温度差对优化全热交换器效率的影响

4．4 换热效率计算经验公式

4．5 本章小结

第五章 优化叉-逆流板式全热交换器能量回收分析

5．1 寒冷地区优化叉-逆流板式全热交换器能量回收

5．1．1 寒冷地区(天津市)气候条件

5．1．2 优化板式叉-逆流全热交换器的能量回收分析

5．2 夏热冬冷地区优化叉-逆流板式全热交换器能量回收

5．2．1 夏热冬冷地区(上海市)气候条件

5．2．2 优化板式叉-逆流全热交换器的能量回收分析

5．3 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 全文总结

6．2 研究展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢