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《哈尔滨工程大学》 2009年
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空气—水介质板式换热器流动与传热特性研究

吴华新  
【摘要】: 随着社会经济技术的发展与进步,能源日益有限。强化传热技术,高效、节能的产品备受瞩目。研究强化传热技术,设计开发新颖的、紧凑的高效换热装置,成为一个具有理论和实践意义的重要课题。 本论文的主要内容是研究基于一次表面换热原理的空气一水介质波纹板式换热器的流动与传热特性。在广泛调研国内外的板式换热器与燃气轮机回热器应用一次表面实现高效传热的理论研究、实验研究、数值模拟和模型研制的基础上,将一次表面引入到空气-水换热过程,拓展了一次表面换热装置的应用领域。 在研究中先将传统的水一水介质波纹板式换热器改装成空气一水换热器,进行实验,通过与光管式、翅片管式紧凑型换热器的传热与流阻的权威数据进行比较,表明一次表面波纹板式换热装置具有结构紧凑与低流动阻力的特征,利用一次表面可实现空气-水之间的高效传热。 一次表面波纹板上波纹的凸起与凹陷不仅可促进无源的扰动,还可阻断边界层发展。带有倾角的波纹板叠合放置,板间形成的流道是复杂的空间结构,针对其特点,本研究建立了描述空气在波纹板间的流动与传热过程的数学模型。通过数值求解27种可代表一次表面形面特征的物理模型,比较了波纹形状、波纹高度及波纹倾角对空气在波纹板间传热与流动的影响,以高对流换热系数与小流动阻力作为指标,初选了几种高效的一次表面。又以面积最佳传热因子j/f/与体积最佳传热因子E作为后续评价依据,实现优中选优。 研究中从波纹的不等截面积流道理论出发,创新性地提出了不等高度波纹的方法。通过实验证明该方法可进一步缩小了两侧流体的热容比,提高换热效率。并将实验结果与模拟的数据进行了比较,对建立的数学模型实现了验证,表明用于模拟的数学模型能够满足本研究的需要。 研究中还对不锈钢波纹板的防冻性能进行了实验研究,实验中测定了水在不锈钢表面最高结冰温度,波纹板的凸凹结构可破坏冰在波纹板表面的附着,具有防结冻的功能。以实验为依据,建立了水在波纹板间的三维静止结冰与流动结冰的数学模型,进行了模拟计算,分析了水在波纹板间结冰过程中温度变化与相变界面移动规律,有助于改进波纹板的设计。 本研究为一次表面及其类似介质的紧凑、高效换热装置的设计与开发提供了依据,拓展了一次表面的应用,具有一定的理论与实践价值。
【学位授予单位】:哈尔滨工程大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TK172;TK124

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【引证文献】
中国博士学位论文全文数据库 前1条
1 郭春生;新型复合人字形板式换热器传热与流动理论分析及实验研究[D];山东大学;2012年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 鄢小平;多场耦合条件下汽车尾气温差发电系统研究[D];武汉理工大学;2012年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国博士学位论文全文数据库 前1条
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中国硕士学位论文全文数据库 前6条
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【共引文献】
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8 王立新;;空冷器环肋的熵最小化原理分析[A];全国第四届换热器学术会议论文集[C];2011年
9 黄蕾;黄庆军;;板式热交换器板片参数的分析研究[A];全国第四届换热器学术会议论文集[C];2011年
10 张辉君;吕胜杰;;换热器管束翻新再造[A];全国第四届换热器学术会议论文集[C];2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
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10 霍玉双;基于力平衡条件下等离子弧焊小孔形状分析[D];山东大学;2010年
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1 万方方;蒸发式冷凝器数值模拟与优化[D];郑州大学;2010年
2 姜逢章;蜂窝板传热元件的性能研究[D];郑州大学;2010年
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5 石帅;滑油冷却器强化传热及小型化技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
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9 杨文强;孔群喷注噪声理论与实验研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
10 王建清;船用间冷循环燃气轮机性能仿真研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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中国博士学位论文全文数据库 前3条
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【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
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1 张冠敏;复合波纹板式换热器强化传热机理及传热特性研究[D];山东大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前6条
1 高峰;水源热泵机组的开发与应用[D];北京工业大学;2003年
2 黄钰期;非结构网格差分求解方程和商用软件Fluent的应用[D];浙江大学;2003年
3 曲宁;板式换热器传热与流动分析[D];山东大学;2005年
4 赵渊;CFD技术在影剧院空调系统气流组织优化设计中的应用研究[D];重庆大学;2005年
5 漆波;百叶窗翅片式散热器内对流—导热耦合传热的数值模拟[D];重庆大学;2005年
6 郭荣春;板式换热器测试系统的研究[D];哈尔滨工业大学;2006年
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中国重要报纸全文数据库 前10条
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4 郑开榜;首款铜合金板式换热器面世[N];中国有色金属报;2008年
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9 姜小毛;双氧水与甲醇厂用上全焊型换热器[N];中国化工报;2007年
10 本报记者 王羽 袁海洋;换博会:“百凤”来栖尽展风流[N];铁岭日报;2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
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10 张冠敏;复合波纹板式换热器强化传热机理及传热特性研究[D];山东大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
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