板式換熱器傳熱與流動分析.pdf

1、板式換熱器是一種高效、緊湊的換熱設(shè)備。與其他換熱器相比具有傳熱系數(shù)高、結(jié)構(gòu)緊湊、易拆洗等優(yōu)點(diǎn)，但也存在流動阻力大、承壓能力低等缺點(diǎn)。尋求換熱性能與流動阻力的更加匹配一直是板式換熱器優(yōu)化與改進(jìn)的主要方向。但是板式換熱器的流道形狀復(fù)雜，疊放方式多種多樣，長期以來，對其研究只停留在實(shí)驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，缺乏預(yù)見性。本文采用數(shù)值模擬的方法對人字形板式換熱器進(jìn)行了數(shù)值模擬研究，并在此基礎(chǔ)上提出了一種全新的網(wǎng)流型換熱板片-波浪板，使板式換熱器的換熱特性

2、與流動阻力獲得了更好的匹配。 針對傳統(tǒng)板式換熱器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，本文采用數(shù)值模擬的方法研究板式換熱器通道內(nèi)的換熱與流動特性。通過對三種湍流模型：標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型、帶旋流修正(Rea)的k-ε模型、RNGk-ε模型，進(jìn)行數(shù)值計(jì)算對比，發(fā)現(xiàn)RNGk-ε模型對于板式換熱器內(nèi)的復(fù)雜流動和換熱特點(diǎn)，具有相對較高的準(zhǔn)確度。以上模擬結(jié)果與前人所做的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析對比，驗(yàn)證了模型的可靠性。在此基礎(chǔ)上建立了板式換熱器通道內(nèi)流動和換熱的數(shù)值計(jì)算模

3、型，采用非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，對β為30°～80°，波高為3mm～6mm及波距為10mm～25mm的人字形板片在不同速度下的換熱和阻力特性進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算，模擬得到了板式換熱器槽道內(nèi)三維的速度場、壓力場和溫度場，綜合分析了波紋角度、波高及波距對換熱與流動特性的影響，并對換熱板片的參數(shù)進(jìn)行了對比優(yōu)化。在進(jìn)行大量數(shù)值計(jì)算的基礎(chǔ)上，綜合所有影響板片換熱與流動特性的因素，擬合得到人字形板式換熱器的綜合準(zhǔn)則關(guān)系式：Nu=0.21Re0.66Pr1/3(1/

4、de)-0.19(πβ/180)0.05(μf/μω)，Re在3000～30000范圍內(nèi)，該式與文獻(xiàn)中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果相近。以上工作將對人字形板式換熱器的進(jìn)一步優(yōu)化和改進(jìn)提供指導(dǎo)性意義。 基于傳統(tǒng)板式換熱器存在的阻力損失大的問題，本文提出了一種全新的網(wǎng)流型換熱板片-波浪板。通過對β為30°～80°的波浪板進(jìn)行模擬對比，得到β為30°時(shí)候的波浪板片換熱效率最好。并在對計(jì)算數(shù)據(jù)對比和分析的基礎(chǔ)上，擬合得到了β=30°、β=40°、β=60

5、°三種波浪形板式換熱器的換熱準(zhǔn)則關(guān)系式。綜合各個(gè)角度的影響，初步擬合出了包括角度參數(shù)影響的Re在4500～25000范圍內(nèi)換熱準(zhǔn)則關(guān)系式：Nu=0.23Re0.63Pr1/3(βπ/360)0.24。與人字形板片效果對比，新型板片換熱效果與人字形板片相近，而壓力損失比人字形板片要降低50％以上，該新型換熱板片可以更好的解決換熱特性與流動阻力不匹配的問題。 本文通過對人字形及波浪形板式換熱器板間內(nèi)的流動與換熱特性的數(shù)值模擬研究，并