波纹板式换热器流动传热性能的数值研究

摘要

板式换热器具有传热系数高，结构紧凑，清洗方便，可根据负荷灵活调整换热面积等优点，近年来得到了广泛的应用。本文针对工程常用的双人字波纹板式换热器，运用CFD软件进行模拟分析，研究了板内流动传热特性。研究结果对板式换热器的选型、设计和工程应用具有重要意义。
　　对夹角为30°和60°板组成的两种对称流道，建立与实际尺寸相同，包含导流区的完整双流道换热模型。在工作压降范围内，选取若干工况进行模拟计算，获得流道内流动形态、速度、压力和温度分布，得到流动传热特性和速度的关系曲线。将两种流道进行比较，发现30°/30°的流场更不均匀;速度相同时，60°/60°的传热系数和压降比30°/30°的大;阻力和换热系数相差不大时，30°/30°流量比60°/60°流道大。
　　将上述两种流道冷热两侧的波纹流动区域分别用6组截面分割，每组截面由四个流通面组成。通过比较各组截面的流速、温度，以及各个传热面的传热系数等，发现在导流区和波纹换热区连接的地方，温度、流速和传热分布最不均匀。
　　对尺寸为216×71mm的部分波纹板流道进行模拟，研究人字数量在1/2-3，波纹斜度在35°-55°，波纹节高比在2.4-9，波纹倾角在30°-80°变化范围内，各几何参数对流动传热特能的影响。发现人字拐点可以使十字交叉流出现转折，人字数量对流动传热特性的影响很小。曲折流随斜度的减小、节高比的增大、夹角的增大而增加。传热系数随斜度、节高比和夹角的增大，先增大后减小。斜度增大，压降先增大再减小。节高比受高度和节距两方面影响。波纹高度的减小，压降增大。高度不变，存在一个压降最大的节距值，节距小于这个值时，节距增大，压降减小;节距大于这个值时，节距增大，压降增大。压降随着波纹倾角的增大而增大。
　　对30°和60°部分波纹板组成的混合流道进行模拟，获得其流动形态，将混合流道与30°和60°组成的对称流道进行对比，发现混合流道的流动阻力和传热系数均介于其他两者之间。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 板式换热器结构、工作原理和特点

1．3 研究现状

1．4 本文主要研究内容

第2章 计算模型和模拟方法

2．1 计算模型的简化

2．2 数学模型

2．3 边界条件和物性参数的设置

2．4 求解方法和收敛定义

2．5 数据处理方法

第3章 板式换热器整体性能

3．1 引言

3．2 几何模型、网格划分和边界条件的设置

3．3 计算结果和分析

3．3．1 流场、温度场

3．3．2 流动传热特性分析

3．4 小结

第4章 板式换热器流场均匀性分析

4．1 几何模型

4．2 计算结果和分析

4．3 小结

第5章 人字板型几何参数对流动传热特性的影响

5．1 引言

5．2 人字数量对流动换热特性的影响

5．2．1 几何模型

5．2．2 人字数量对流场的影响

5．2．3 人字数量对流动传热性能的影响

5．3 波纹斜度对流动换热特性的影响

5．3．1 几何模型

5．3．2 波纹斜度对流型的影响

5．3．3 波纹斜度对流动传热性能的影响

5．4 节高比对流动换热特性的影响

5．4．1 波纹高度对流动传热特性的影响

5．4．2 波纹节距对流动传热特性的影响

5．5 波纹夹角对流动换热特性的影响

5．5．1 几何模型

5．5．2 波纹夹角对流型的影响

5．5．3 波纹夹角对流动传热性能的影响

5．6 30°和60°夹角组成的混合流道和对称流道的对比

5．6．1 几何模型

5．6．2 混合流道流型

5．6．3 流动传热特性对比

5．7 小结

第6章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

致谢