异形仿生换热器壳侧对流换热的高效低阻特性研究

摘要

开发高效低阻换热器是提升系统能量转化效率的重要途径,对于船舶航运工业和海上石油平台等海洋工程以及石油钻井平台等领域具有重要的意义.受鲨鱼鳃裂结构启发,设计了一种适用于受限空间内的异形仿生换热器,大幅释放空间,并提高了换热器的集成性.通过在换热器壳程添加四种不同形式的折流板,并在进口端引入"间隙流",模拟分析了换热器壳侧流场、压力场和温度场的分布规律,并对比了不同Reynolds数下换热器的性能差异.结果表明,阶梯式隔板换热器可达到低阻特性,流速为0.5 m/s时,壳程压降相比于弓形折流板换热器和交错类折流板换热器分别下降了约82％和65％;当Reynolds数在15000～35000之间(流速约为0.63～1.46 m/s)时,进口间隙交错折流板换热器的高效低阻特性优势明显,比弓形折流板换热器提升了约12％;当Reynolds数大于35000即流速高于1.46 m/s时,阶梯式隔板换热器的综合性能比弓形折流板换热器高出约5％,可适用于对壳程压降要求更高的应用环境.给出了不同工况下的换热器综合性能评价图,为实际应用和设计分析提供指导.