新型橢球面波紋板式換熱器的熱力及流動(dòng)阻力分析.pdf

1、我們都知道能源產(chǎn)業(yè)是國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)，也是支柱型產(chǎn)業(yè)。就目前形勢(shì)來(lái)看，產(chǎn)能的嚴(yán)重過(guò)剩，極大一部分原因，是能源利用率較低導(dǎo)致的。在能源綜合利用率只有14％的今天，國(guó)家只有通過(guò)大量的產(chǎn)能，才能實(shí)現(xiàn)能源對(duì)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的不斷需求。時(shí)至2016年為國(guó)家“十三五”規(guī)劃的開(kāi)局之年，近期的一項(xiàng)報(bào)告顯示:未來(lái)的幾年，國(guó)家將逐漸減少在高耗能產(chǎn)業(yè)方面的經(jīng)濟(jì)支出（如煤炭、石油、化工等），轉(zhuǎn)而鼓勵(lì)擴(kuò)大能源有效投資的舉措，而其中一項(xiàng)就是推進(jìn)能源科技革命，加大能

2、源科技創(chuàng)新投資。換熱器作為一種在不同溫度下，兩種或兩種以上流體間，實(shí)現(xiàn)物料之間熱量傳遞的節(jié)能設(shè)備，是使熱量由溫度較高的流體傳遞給溫度較低的流體，使流體溫度達(dá)到流程規(guī)定的指標(biāo)，以滿足工藝條件的需要。很好的滿足了國(guó)家關(guān)于節(jié)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的政策和方針?lè)矫娴囊??；谝陨蠂?guó)家給予換熱器行業(yè)的大力支持和時(shí)代給予的機(jī)遇，本文提出并發(fā)明了一種能在更低流動(dòng)阻力情況下，有更高換熱效率的新型橢球面波紋板式換熱器。
　　本文以研究該種橢球面波紋板式換熱器的

3、熱力學(xué)性能，以及流動(dòng)阻力性能為切入口。全文涉及到了傳熱學(xué)、工程熱力學(xué)、流體力學(xué)、空氣調(diào)節(jié)等方面的專業(yè)知識(shí)，應(yīng)用了諸如AutoCAD、Gambit、MATLAB、Solidworks、Fluent等軟件，完成了建模、計(jì)算、模擬和分析的全過(guò)程，主要的研究成果有以下幾個(gè)方面:
　　一、依據(jù)相關(guān)要求，設(shè)計(jì)發(fā)明出了橢球面波紋換熱板的尺寸。橢球面滿足一定的方程，同一行橢球面左右相鄰間隔為2mm，且凹凸性一致。相鄰的上下橢球面首尾恰巧處于同一水

4、平面，采取相間的排列方式，且凹凸性相反。經(jīng)設(shè)計(jì)計(jì)算，單個(gè)換熱板每面均有凹凸橢球面15行，每行均有橢球面25個(gè)。在進(jìn)出水方面，采取慣有的，在四角開(kāi)有直徑為36mm的圓形孔，板兩面的邊緣均加有厚3mm的密封橡膠帶，整體采用冷熱雙流道逆流換熱模式。
　　二、依據(jù)比表面積知識(shí)，計(jì)算得知橢球面波紋換熱板的空間利用率更佳。通過(guò)MATLAB計(jì)算，該單板換熱比表面積比人字形換熱板高出接近一倍。
　　三、依據(jù)Fluent模擬結(jié)果，分析了其速度

5、場(chǎng)、壓力場(chǎng)及溫度場(chǎng)等之間的相互影響關(guān)系。得到以下幾條結(jié)論:其一，通過(guò)分析20℃冷流體與60℃熱流體混合之間的傳熱及阻力關(guān)系發(fā)現(xiàn)，換熱流體的流動(dòng)方式幾乎不是影響本四孔口雙流道橢球面換熱板結(jié)果的因素，該橢球面波紋換熱板將不再受裝配順序的影響，組裝方式更靈活。其二，擬合出了雷諾數(shù)在一定范圍內(nèi)的傳熱Nu和阻力f的準(zhǔn)則數(shù)方程，這為后續(xù)的學(xué)者研究提供了更為直觀的數(shù)據(jù)和理論思路。其三，橢球面波紋換熱板上，冷熱流體的溫度場(chǎng)、速度場(chǎng)及壓力場(chǎng)每時(shí)每刻均在均

6、勻地由高勢(shì)能場(chǎng)向低勢(shì)能場(chǎng)推進(jìn)，從而可以很好的說(shuō)明此種設(shè)計(jì)的場(chǎng)協(xié)同角較小，各場(chǎng)之間的協(xié)同作用較好，該新型波紋換熱板具有較好的傳熱過(guò)程。
　　四、對(duì)比人字形波紋板，得知橢球面波紋換熱板的傳熱及阻力等綜合性能較為優(yōu)越。其一，換熱流體經(jīng)過(guò)凸橢球面表面時(shí)，流速會(huì)變快，進(jìn)出口壓力降降低;流體經(jīng)過(guò)凹橢球面表面時(shí)，速度被擾亂，分散在各個(gè)方向，在凹面局部形成紊流，恰好使流體與換熱板面充分接觸，達(dá)到理想換熱效果。其二，凹凸橢球面觸點(diǎn)相互配搭，很好的解