面向超大型空分板翅換熱器的導流增效結構設計技術研究.pdf

1、空分裝備超大型化與低能耗化發(fā)展，對板翅換熱器的導流增效性能提出了越來越高的要求。如何高效、快速達到指定換熱要求，提升超大型空分裝備生產(chǎn)效率，成為當前空分領域亟待解決的關鍵問題。本文在分析板翅換熱器傳統(tǒng)結構特點以及傳統(tǒng)翅片結構流體流動的基礎上，圍繞著超大型空分裝備板翅換熱器導流增效結構設計問題開展相關研究，著重分析了板翅換熱器長程流道導流增效技術、仿生翅片結構設計技術、多流道擴展傳熱面技術以及導流結構優(yōu)化設計技術四部分內容。研究了不同流道

2、以及新型翅片結構下，板翅換熱器內部流體流動與傳熱特性，并采用數(shù)值模擬與實驗驗證相結合的方式對板翅換熱器內部流體流動與傳熱問題進行研究。
　　本文組織結構如下:
　　第1章，介紹了超大型空分裝備的組成以及作為超大型空分關鍵組成部分的板翅換熱器導流增效機理與導流增效特點。分析了超大型空分裝備的發(fā)展與研究現(xiàn)狀，同時給出板翅換熱器內部流體流動描述，對板翅換熱器導流增效相關研究進行歸納，并指出當前常用的板翅換熱器結構在導流增效應用中存

3、在的不足。本章最后給出了論文的主要研究內容與組織結構。
　　第2章，研究了板翅換熱器導流增效中的長程流道結構設計技術。在分析板翅換熱器流道結構對流體流動以及傳熱影響的基礎上，提出一種側向M型流道結構，通過改變流道內流體流動方向，強化流體的湍流作用，同時延長流體的傳熱距離，達到增強換熱器傳熱性能的目的。對比傳統(tǒng)流道結構與新型流道結構下板翅換熱器內部流體流動過程中流場變化，驗證新型流道結構的導流增效作用。
　　第3章，借鑒了海洋

4、生物結構中的擾流現(xiàn)象，分析海洋生物結構對流體流動影響，同時結合生物結構中的導流與擾流特征，提出一種帶仿生微凸結構的板翅換熱器導流增效翅片。建立板翅換熱器微凸翅片結構分析模型，并推導了帶微凸結構的板翅換熱器內部流體流動與導流增效計算。對比目前常用的傳統(tǒng)翅片結構下板翅換熱器傳熱性能，可以看出微凸結構導流增效翅片明顯改善板翅換熱器內流體的湍流效應，更好的實現(xiàn)了換熱器同層翅片不同流道內流體的溫度均衡效果，提升換熱器的傳熱性能。
　　第4章

5、，研究了板翅換熱器導流增效中的多流道擴展傳熱面技術。板翅換熱器入口流道內翅片不同排列方式不僅影響流道寬度、流體的流動速度，同時對換熱器的能耗與換熱量也有一定的影響。針對板翅換熱器入口不同翅片排列容易引起的流體流動以及傳熱問題，分析了不同排列方式的板翅換熱器入口流體流動與導流增效關系。通過分析不同翅片排列換熱器導流增效機理，引出板翅換熱器入口翅片排列導致的流體流動速度過快、壓差較大與傳熱面積增加的解決方法，同時針對不同翅片排列方式下網(wǎng)格剖

6、分以及壁面位置引起的質量與能量平衡問題進行分析，并給出不同翅片排列方式下板翅換熱器性能評價標準。
　　第5章，研究了板翅換熱器導流增效中的多目標優(yōu)化與流體均布技術。考慮到空分裝備超大型化引起板翅換熱器入口位置縱向方向上各層流道之間存在流體分布不均勻問題，采用正交實驗方法建立板翅換熱器入口導流結構非線性優(yōu)化函數(shù)，通過BP神經(jīng)網(wǎng)絡與遺傳算法相結合的方式對導流結構上孔的結構以及流體流動參數(shù)進行優(yōu)化，得到滿足給定參數(shù)范圍的板翅換熱器導流結