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《郑州大学》 2015年
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凹凸板式换热器过冷沸腾换热性能优化研究

董永申  
【摘要】:复合相变换热器通过引入过冷沸腾和冷凝过程能够在降低锅炉排烟温度的同时避免低温腐蚀,本文以复合相变换热器在电厂锅炉烟气余热回收中的应用为背景,以水为工质,对过冷沸腾侧的凹凸板式换热器过冷沸腾换热过程进行了多目标优化研究,创新提出了双重循环优化模型,并针对现有圆形凹凸板式结构在过冷沸腾换热中的不足之处,提出了新型的梭形凹凸板式结构。本文的主要内容及研究成果如下:(1)通过分析比较,凹凸板式换热器以PEC=(Nu/Nu0)?(f/f0)1/3作为主要评价指标,采用Mixture模型、RNGk-ε模型,编写过冷沸腾换热的UDF程序,实现了汽、液两相间的质量及能量传递。基于该方法,对平板流道的过冷沸腾换热过程进行了数值模拟,结果表明:含气率沿流动方向逐渐增大,随进口流速的增大逐渐减小;随着质量流量的增加总换热量逐渐增大,但单位质量流量的换热量却逐渐减小;当Re较小时,随着Re的增加,f急剧减小,Re继续增加,f仍然减小,但变化趋于平缓,直至趋于某一恒定值。(2)创新提出换热器优化的双重循环优化模型,以换热器凹坑流道结构参数优化为内循环,以流体流动参数Re或速度为外循环,对圆形凹坑流道过冷沸腾换热过程进行了多目标优化研究,以综合考虑在不同Re下换热器的最优结构参数。研究结果表明:凹坑处含气率明显高于附近平板处含气率,说明凹凸板片对相变换热有着很好的强化作用;对于同一凹坑,其前侧处对相变换热的强化作用要优于后侧处;不同流动参数下,圆形凹坑流道的最佳结构参数为R=7mm、Hd=2 mm、P=20 mm;最佳圆形凹坑流道与平板流道的对比结果表明,在f增大并不明显的情况下,最佳圆形凹坑流道的Nu是平板流道的1.97~2.13倍,因此,最佳圆形凹坑流道具有较高的PEC值,其PEC值范围为1.86-2.11。(3)针对已有圆形凹坑流道综合换热性能的薄弱之处,提出了一种梭形凹坑流道,数值模拟计算结果表明:梭形凹坑流道的含气率变化趋势与最佳圆形凹坑流道及平板流道一致,但梭形凹坑流道的含气率要高于最佳圆形凹坑流道和平板流道;与最佳圆形凹坑流道相比,梭形凹坑流道的f值变化不大甚至略小,但Nu却有了明显的增大,梭形凹坑流道的PEC值由最佳圆形凹坑流道的1.86~2.11提高到了1.98-2.27。
【学位授予单位】:郑州大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TK172

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【参考文献】
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