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换热器温差场均匀性原则及其应用

周森泉  
【摘要】:换热器的强化传热始终是换热器研究的重要课题,采用高效传热面、扰流元件、外加电磁场可强化换热器传热。本文研究一种新的强化传热途径——运用换热器温差场均匀性原则提高换热器的效能。十一种典型换热器的数学分析和数值计算结果指出,在相同的传热单元数和热容量流比的条件下,温差场愈均匀效能愈高,表明了温差场均匀性原则的正确性。在维持总传热面积不变的条件下,于叉流换热器冷热流体相交点区域,及由该点所在对角线从两侧往对角线中心区域增加局部传热面积,可改善温差场的均匀程度,从而提高效能。数学分析和数值计算的结果表明,于来流速度或者在冷热流体来流温差大处增加传热面积可改善温差场均匀程度,并强化传热。根据温差场均匀性原则,改变顺流换热器的传热面积分布,也可改善换热器的温差场均匀程度并强化传热。对带有热汇(源)的逆顺流换热器,在一定的条件下,顺流换热器的效能可大于逆流换热器的效能,其原因就是此时顺流换热器的温差场要比逆流换热器均匀。建立了测量换热器效能和温差场均匀性因子的热水空冷实验台,实验结果验证了温差场均匀性原则的正确性。用温差场均匀性原则分析现有空冷器设计,提出了通过改变传热面积的分布和管子的连接方式来强化换热器的传热,对两种典型空冷器的性能改进分析表明,在流体功耗、换热器制造成本不明显提高及不增加外部设备的情况下,可节省空冷器的传热面积8-20%。


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