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流致薄膜振动强化新风余热回收

卢艳华  
【摘要】:通风是改善室内空气品质最有效的方式之一。新风负荷目前已占空调负荷的30-40%,其中60-80%的能量可以回收利用。针对现有新风余热回收设备的不足,本文提出了一种薄膜式新风换热器,首次利用塑料薄膜在空气流动作用下产生的振动来强化传热,提高换热器性能。 论文对新风换热器中蕴含的流-固耦合问题进行了实验和数值模拟研究。其中,实验研究主要包括:空气低速错流流过振动薄膜在人为激励振动及流致振动条件下的传热特性;设计样机,建立了整机性能测试系统,研究了不同工况下样机的传热性能及阻力性能。数值模拟研究包括空气-薄膜耦合问题的动力模型和传热模型的建立,探讨了二维逆流及三维错流条件下空气流动和薄膜的相互作用及其对传热的影响机理,并以薄膜变形为参数定量分析了振动对传热的影响。 研究结果表明:实验工况下,新风换热器换热效率在0.65~0.85之间,最大压降低于20.0Pa,节能效果明显。空气流动引起的薄膜振动能有效地改善传热,强化传热的程度与薄膜振动的强度成正比,薄膜变形大小(振幅)是改善传热的主要因素,变形越大,薄膜的换热效率越高。对于每种厚度的薄膜,风量存在一个上限(此时,换热通道内上下薄膜发生接触,导致换热恶化)。稳态模拟条件下,空气流动引起的薄膜变形改变了通道形状,从而改变了通道内的速度场和温度场分布。二维逆流模拟条件下,薄膜变形使得通道形状呈突扩/突缩,但变形从整体上没有强化传热,却导致压降明显增加,在高流速下甚至成倍增加;三维错流时,薄膜不同区域的变形程度不同,使得通道形状整体上不是简单的突扩/突缩变形,通道内的流场变化更加剧烈,对温度场的影响也更大,从而整体上改善了传热。


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