凹坑凸胞板式換熱器性能的數(shù)值研究.pdf

1、板式換熱器板片表面形狀是決定其作為主要傳熱載體的能量傳遞和動(dòng)量轉(zhuǎn)換的主要因素。本文主要通過(guò)數(shù)值手段研究了板片上一種酒窩形凹凸表面的換熱器的流動(dòng)換熱性能,以期獲得結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)性能的影響,并得到較優(yōu)的結(jié)構(gòu)外形,進(jìn)一步為新型板換的設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)提供依據(jù)。
　　 首先根據(jù)文獻(xiàn)中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),確定適合于本論文結(jié)構(gòu)的算法模型為RNG k-ε湍流模型和增強(qiáng)壁面函數(shù)法。然后以傳熱單元為對(duì)象采用周期邊界對(duì)凹坑凸胞的長(zhǎng)短軸徑和排布傾角的影響進(jìn)行了細(xì)致研究,

2、發(fā)現(xiàn)凹坑和凸胞結(jié)構(gòu)均能實(shí)現(xiàn)在等泵(風(fēng)機(jī))功率下的強(qiáng)化換熱,換熱性能隨Re數(shù)的增加呈指數(shù)規(guī)律增大,阻力因子則呈指數(shù)規(guī)律降低;在高Re數(shù)下采用凹坑作為強(qiáng)化表面不劃算,在Re<7000時(shí)使用凹坑作為強(qiáng)化表面經(jīng)濟(jì)效益更高;凸胞結(jié)構(gòu)在Re>10000時(shí)比凹坑結(jié)構(gòu)具有更優(yōu)的綜合性能,因此可以考慮其為強(qiáng)湍流下的強(qiáng)化表面;在等泵(風(fēng)機(jī))功率條件下比較發(fā)現(xiàn)最優(yōu)軸徑比為4:5～5:5;而保持軸徑比為5:3,當(dāng)長(zhǎng)軸與流向夾角β為15°和75°時(shí)綜合性能分別達(dá)

3、到最低和最高的極值點(diǎn)。該結(jié)論通過(guò)場(chǎng)協(xié)同理論得以驗(yàn)證。
　　 通過(guò)流場(chǎng)可視化,從整體到局部分析了凹坑凸胞結(jié)構(gòu)所導(dǎo)致的渦流形態(tài),以速度流線圖結(jié)合壁面溫度場(chǎng)說(shuō)明結(jié)構(gòu)對(duì)換熱性能的影響,指出迎風(fēng)側(cè)換熱增強(qiáng),背風(fēng)側(cè)換熱減弱,縱向渦是形成強(qiáng)化傳熱與流阻增大的主要因素。
　　 最后通過(guò)全流道的Workbench參數(shù)化建模發(fā)現(xiàn),凹坑半徑和深度存在相關(guān)性,使得單因素對(duì)流動(dòng)換熱性能的影響作用不一;對(duì)凸胞和凹凸相間的流道而言,深度(高度)對(duì)傳熱

4、和阻力性能起主導(dǎo)作用,而半徑的影響次之。凹坑流道的傳熱性能最差,大多數(shù)情況下凸胞結(jié)構(gòu)的最高,凹凸相間的流道存在最優(yōu)的半徑6mm使得傳熱能力最強(qiáng);凸胞流道的阻力因子一般都最高,在相同結(jié)構(gòu)參數(shù)下凹凸相間的流道具有最高的綜合性能。
　　 通過(guò)對(duì)凹凸相間板片的流道進(jìn)行流動(dòng)參數(shù)和結(jié)構(gòu)參數(shù)的正交試驗(yàn),擬合得到了高精度的描述其傳熱與流動(dòng)的關(guān)聯(lián)式:Nu=Re0.449Pr0.244(Hd/D)-0.0148(D/DH)-0.0307(P/DH)