复合流道板式换热器强化传热机理的实验研究

摘要

板式换热器具有传热系数高、易清洗、热损失小、不易结垢等显著优点，但流动阻力相对较大，流量分配不均匀等问题也影响其综合性能的进一步提高。因此，国内外学者对板式换热器进行了广泛探索，也取得一定进展。然而，复合流道板式换热器作为一种较新型且重要的换热设备，学者目前研究相对较少。同时，之前板式换热器流动状态的实验研究多为定性观察与分析，误差较大，不能准确得到速度、涡量等流动参数，降低了实验结果的可靠性与全面性。板式换热器的流道较为狭窄，这也限制了接触式测量的可行性，为其进一步研究增加了难度。
　　在前人研究的基础上，为解决以上问题，本文采用PIV技术对复合流道板式换热器进行了实验研究，并在LES模型下进行了数值计算，将两者进行对比。主要工作和结论如下:
　　(1)实施复合流道板式换热器XY截面的PIV实验，设计并组建循环水路系统和二维PIV测试系统，制作波纹倾角为25°和55°的复合流道单流道的有机板实验模型，采集截面上4个换热区域、3个流量的图像，计算得到约80000组流动参数，在Tecplot软件中绘制出流线、速度云图等，发现了该截面存在的偏流现象、流动状态、换热效果的规律。
　　(2)实施复合流道板式换热器XZ截面的PIV实验，设计并组建循环水路系统和二维PIV测试系统，制作波纹倾角为25°和55°的复合流道单流道的超白玻璃实验模型，采集截面上4个换热区域的图像，计算得到约24000组流动参数，在Tecplot软件中绘制出流线、速度云图等，分析并获得该截面的流动规律与换热特性。
　　(3)实施复合流道板式换热器的流场可视化实验，设计实验系统，制作模型，组建实验各个部件，在稳定状态下注射示踪剂并记录流场照片，发现了流场整体的偏流规律、交融状态以及速度分布等特点。
　　(4)完成复合流道板式换热器中的单流道模拟计算，构建与实验模型尺寸、结构一致的几何模型，划分网格、设置边界条件，采用LES方法计算理论流速0.5m/s情况下整体的流动参数，并与之前的实验结果进行了对比，得到了验证。

目录

声明

摘要

符号说明

缩略语说明

第一章 绪论

1．1 课题背景

1．1．1 板式换热器简介

1．1．2 板式换热器特点

1．2 国内外板式换热器的研究进展

1．2．1 板式换热器的发展

1．2．2 关于板式换热器几何参数的实验研究

1．2．3 关于板式换热器阻力特性的实验研究

1．2．4 关于板式换热器流动分布的实验研究

1．2．5 关于板式换热器数值模拟对实验研究的补充

1．3 本文研究的目的和意义

1．4 本文的研究内容

第二章 PIV实验的理论基础

2．1 PIV简介

2．1．1 PIV技术的基本原理

2．1．2 PIV技术的发展与应用

2．2 PIV系统的组成

2．2．1 光路系统

2．2．2 图像采集系统

2．2．3 同步控制器

2．2．4 图像分析系统

2．2．5 示踪粒子

2．3 计算理论

2．3．1 互相关理论

2．3．2 亚像素拟合

2．3．3 图像偏置

2．3．4 错误向量修正

2．3．5 迭代算法

2．3．6 变形窗口算法

2．3．7 计算精度

第三章 基于PIV技术对复合流道板式换热器换热区XY面的实验研究

3．1 实验模型

3．1．1 被测区域的尺寸

3．1．2 模型的选材

3．1．3 加工路线

3．2 实验系统

3．2．1 循环水路系统的设计与安装

3．2．2 二维PIV测试系统的设计与安装

3．2．3 实验操作

3．3 实验结果与分析

3．3．1 实验数据

3．3．2 流型分析

3．3．3 速度分析

3．4 本章小结

第四章 基于PIV技术对复合流道板式换热器换热区XZ面的实验研究

4．1 实验模型

4．1．1 被测区域的尺寸

4．1．2 模型的选材

4．1．3 加工路线

4．2 实验系统

4．2．1 循环水路系统的设计与安装

4．2．2 二维PIV测试系统的设计与安装

4．2．3 实验操作

4．3 实验结果与分析

4．3．1 实验数据

4．3．2 流型分析

4．3．3 速度分析

4．4 本章小结

第五章 流场可视化实验研究

5．1 流场可视化实验简介

5．2 实验模型

5．2．1 被测区域的尺寸

5．2．2 模型的选材与加工

5．3 实验系统

5．3．1 流动显示系统的设计与安装

5．3．2 实验操作

5．4 实验结果与分析

5．5 本章小结

第六章 数值模拟分析与对比

6．1 数值模拟的理论基础

6．1．1 数值模拟简介

6．1．2 应用软件

6．1．3 基本理论

6．1．4 湍流模型

6．2 几何模型

6．2．1 模型建立

6．2．2 网格划分

6．2．3 边界条件

6．3 计算结果与对比分析

6．3．1 流型对比分析

6．3．2 速度对比分析

6．4 本章小结

第七章 结论与展望

7．2 展望

参考文献

致谢

研究成果及发表的学术论文

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