板式换热器换热与阻力流动性的研究.doc
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1、【精品文档】如有侵权,请联系网站删除,仅供学习与交流板式换热器换热与阻力流动性的研究.精品文档.板式换热器换热与阻力、流动特性的研究板式换热器是一种高效、紧凑的换热设备。与其他换热器相比具有传热系数高、结构紧凑、易拆洗等优点,但也存在流动阻力大、承压能力低等缺点。寻求换热性能与流动阻力的更加匹配一直是板式换热器优化与改进的主要方向。但是板式换热器的流道形状复杂,叠放方式多种多样,长期以来,对其研究只停留在实验和经验基础上,缺乏预见性。 近年来对于板式换热器的研究、结构的改进使得板式换热器的应用范围也越来越广泛。本文基于钎焊式板式换热器,研究板式换热器的换热和压降关联式形式,给出适合制冷系统仿真
2、计算的方法和模型。首先提出制冷工质物性的快速计算模型。在板式换热器的换热和压降研究中,主要涉及到的是换热工质饱和线上的物性,本文给出了水、CO2和R22饱和线上物性的具体拟合方法、关联式和拟合结果。在研究板式换热器的换热和压降过程中,先从单相流在板式换热器流动出发,建立了单相的换热和压降模型。对于两相流的蒸发和冷凝,分别给出精度较高、满足制冷系统仿真计算的拟合关联式。也给出制冷剂为R410A的具体拟合结果及误差分析。对于板式换热器的研究,以及制冷系统仿真计算有一定的指导和参考价值。采用数值模拟的方法对人字形板式换热器进行了数值模拟研究,并在此基础上提出了一种全新的网流型换热板片-波浪板,使板式
3、换热器的换热特性与流动阻力获得了更好的匹配。 针对传统板式换热器的内部结构特点,采用数值模拟的方法研究板式换热器通道内的换热与流动特性。通过对三种湍流模型:标准k模型、带旋流修正(Rea)的k-模型、RNG k模型,进行数值计算对比,发现RNG k模型对于板式换热器内的复杂流动和换热特点,具有相对较高的准确度。以上模拟结果与前人所做的实验数据进行了分析对比,验证了模型的可靠性。在此基础上建立了板式换热器通道内流动和换热的数值计算模型,采用非结构化网格,对为3080,波高为3mm6mm及波距为10mm25mm的人字形板片在不同速度下的换热和阻力特性进行了数值计算,模拟得到了板式换热器槽道内三维的
4、速度场、压力场和温度场,综合分析了波纹角度、波高及波距对换热与流动特性的影响,并对换热板片的参数进行了对比优化。在进行大量数值计算的基础上,综合所有影响板片换热与流动特性的因素,拟合得到人字形板式换热器的综合准则关系式:Nu=0.21Re0.66Pr1/3(1/de)-0.19(/180)0.05(f/w)0.14,Re在300030000范围内,该式与文献中的实验结果相近。以上工作将对人字形板式换热器的进一步优化和改进提供指导性意义。 基于传统板式换热器存在的阻力损失大的问题,并提出了一种全新的网流型换热板片一波浪板。通过对为3080的波浪板进行模拟对比,得到为30时候的波浪板片换热效率最好
5、。并在对计算数据对比和分析的基础上,拟合得到了=30、=40、=60三种波浪形板式换热器的换热准则关系式 目前板式换热器被广泛地应用在采暖、生活热水、空调、化工、石油等领域,随着应用范围的不断扩大,迫切需要对使用油类介质的低雷诺数流动和换热其进行更深入的研究。我们选取波高3.8mm、波距13.4mm,人字形波纹角度分别为30、60(工程上常称为“软”“硬”板片)的混合板式换热器作为实验研究对象,搭建了板式换热器流动换热性能实验台,进行了水水、水油换热实验。得出了人字形板式换热器在雷诺数1000Re10000和30Re300范围内的换热准则方程式和摩擦系数关系式,换热器的换热因子和摩擦因子以及面
6、积质量因子随雷诺数的变化趋势,并与管壳式换热器进行对比。为了进一步探索人字形板式换热器在低雷诺数下的换热和阻力特性,本文对波纹角度=2070,波高H=3mm6mm,波距L=10mm25mm范围内的多组几何参数的人字形板式换热器进行了数值模拟,得出了人字形板式换热器的三个波纹参数对换热与阻力特性的影响规律: (1)相同雷诺数下,换热因子随着波纹角度的增大先增大后减少,在波纹角度60时达到最大值。摩擦因子随着波纹角度的增大而增大。面积质量因子j/f随着波纹角度的增大而减少; (2)相同雷诺数下,换热因子和摩擦因子的变化趋势基本一致,均随波距的减少而增大,面积质量因子j/f随着波距的增大而增大; (
7、3)相同雷诺数下,换热因子和摩擦因子均随波高的增大而增大,但是随着波高的增加,换热因子j增加较快,而摩擦因子f增加较慢,导致面积质量因子j/f随着波高的增加而增加。在数值计算的基础上,综合分析了波纹角度、波高以及波距对换热与流动特性的影响,并通过对计算数据的拟合得到了人字形板式换热器在30Re240范围内的换热准则综合方程式和摩擦系数准则方程式。场协同理论作为研究对流强化传热机理的新的理论工具,已经被应用于对多种强化换热现象的分析,本文运用场协同理论对人字形板式换热器强化换热规律进行分析,得出了场协同积分余弦值随波纹角度、波高和波距的变化规律:随着波纹角度的增加而先增大后减少,波纹角度60时达
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- 板式 换热器 阻力 流动性 研究
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