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板式换热器结构参数优化及其传热性能研究

何光文  
【摘要】: 换热器是化工、能源、动力、冶金等工业部门中的通用设备,其性能的优劣将直接影响过程能量的转换、利用与回收效率。研究新型强化传热技术、开发高效节能技术、开发与研制高效换热设备将对能源的利用与节约有十分重要的现实意义。本课题就是针对能源的使用与转换过程中面临使用效率偏低而提出来的,目的是建立一种新型结构形式的板式换热器,并采用数值模拟与实验论证相结合的方法对其进行传热性能及结构参数优化研究。 运用数值模拟计算的方法对三角波纹板通道与正弦波纹板通道的结构参数进行了优化,得到了优化的板型,数值计算方法经过与前人实验数据的验证。当板间距为3.0mm时,三角波纹板的最优板型为:倾角α为15o,节距为20mm;正弦波纹板的较优板型为:振幅为10mm,波长为70mm。并阐明了正弦波纹板传热强化与速度矢量、温度梯度的协同增强的一致关系。对具有相似结构参数的三角波纹板与正弦波纹板的传热及阻力性能进行了对比,当波高低于20mm,三角板的综合传热性能优于正弦板;波高高于20mm时,则正弦板的综合性能优于三角板;波高为20mm,两者的性能相近。 采用标准的实验测试平台,对数值模拟的优化结构的板式换热器进行传热与流阻性能的实验研究,研究结果表明数值模拟结果与实验结果基本表现一致,并且对传热与流阻性能进行准数方程拟合,为工程设计与应用提供更加完备的数据参考。在实验与数值的基础上,将优化结构参数的板式换热器进行工程应用,取得了良好的效果。


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