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《山东大学》 2007年
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复合波纹板式换热器换热与阻力特性研究

何庆琼  
【摘要】: 板式换热器作为一种传热性能优异的热能动力机械设备被广泛应用到有能量传递过程的许多领域,其应用范围的不断扩大要求对其进行更深入的研究。板式换热器与管壳式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、承压能力低等主要缺点。针对传统人字型波纹板式换热器流动阻力大这一主要缺点,本文提出一种新型换热板片——复合波纹板片。 本文首先选取几何参数为波纹夹角β=45°、横波波距L_h=30mm、横波波高H_h=1.5mm、纵波波距L_z=16mm和纵波波高H_z=1.5mm的复合波纹板片建立与本文实验段几何参数一致的物理模型,采用非结构化网格,分别选用层流和RNGk—ε湍流模型,数值计算得到复合波纹型板式换热器内部的速度场,以及复合波纹型板式换热器在不同Re数范围内的换热准则方程式和摩擦系数关系式。为验证数值计算结果的正确性,搭建了复合波纹型板式换热器的水—水、水—油换热实验台,进行了水—水、水—油换热实验。通过对比,发现数值计算结果与实验结果一致性较好,Nu数随Re数的变化趋势基本一致,这说明了用数值计算方法研究复合波纹型板式换热器流动与换热性能的可行性。 为进一步探索复合波纹型板片的换热及阻力性能,对波纹夹角β=15°~75°,横波波高H_h=0.5mm~2.5mm,横波波距L_h=16mm~50mm;纵波波高H_z=0.5mm~2.5mm,纵波波距L_z=8mm~32mm范围内各个几何参数下的复合波纹型板片进行了数值计算,得出复合波纹几何参数对其性能的影响规律:波纹夹角β增加,换热增强,阻力同样相应增大,但夹角β较小时换热与阻力综合效果更好;横波波高增加在一定程度上有助于提高换热效果,且对摩擦系数影响很小;横波波距对换热影响不大,但横波波距过大或过小都会导致大的摩擦系数;纵波波距的减小在一定程度上可以强化换热,但摩擦系数会增大;纵波波高的变化对换热和摩擦系数都有显著影响。通过大量的数值计算,发现波纹夹角、纵波波高和纵波波距的改变对换热以及阻力性能均有较大影响。综合这几个主要影响板片换热与阻力特性的因素,归纳总结出复合波纹型板式换热器的换热准则综合方程式: Nu=0.2597 Re~(0.6463)Rr_(0.3(0.4))((H_z)╱(L_z))~(0.1963)((πβ)╱180)~(0.1413)摩擦系数综合关系式:f=87.546 Re~(0.3155)((H_z)╱(L_z))~(1.545)e~(1.1545((πβ)╱180)) 以上两式Re数范围为:2000<Re<20000。综合准则关系式的提出能够对复合波纹板的设计提供指导性建议。
【学位授予单位】:山东大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2007
【分类号】:TK172

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【引证文献】
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【同被引文献】
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10 刘涛;;板式换热器在昆明佳华广场中的应用[A];全国暖通空调制冷1998年学术年会资料集(1)[C];1998年
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2 记者 胡晓峰;铁白铜板式换热器通过评审[N];中国船舶报;2006年
3 刘一民 周正奇;板式换热器登上舰船[N];中国机电日报;2002年
4 实习生 苗玲玲本报记者 刘桂云;发展民族工业 打造国际品牌[N];吉林日报;2008年
5 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
6 颖文;扩能增产 转危为机[N];中国船舶报;2008年
7 记者 孔菲 通讯员 金达;板式换热器合格率87.5%[N];长春日报;2005年
8 记者 胡晓峰;申通厂首获铁白铜换热器订单[N];中国船舶报;2007年
9 本报记者  杨新明;善借外物巧聚财[N];南通日报;2007年
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