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《山东大学》 2009年
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人字形板式换热器强化传热研究及场协同分析

李晓亮  
【摘要】: 板式换热器是一种高效、紧凑的换热设备。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。 本文选取波高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1000<Re<10000和30<Re<300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β=20°~70°,波高H=3mm~6mm,波距L=10mm~25mm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β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;(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30<Re<240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°时达到最大值;随着波高的增加而逐渐增加;随着波距的增大而逐渐的减少。通过对比,可以发现场协同积分余弦值与换热因子随波高的变化趋势基本一致,场协同理论可用于指导板式换热器的设计改进和对板式换热器的强化换热效果进行评价。
【学位授予单位】:山东大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2009
【分类号】:TK172

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