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适用于液固两相流的宽通道板式换热器的性能研究

姚君磊  
【摘要】:板式换热器作为一种传热性能优异的热能动力机械设备,被广泛应用到有能量转换过程的许多领域,随着换热器板间距的增加宽通道板式换热器开始应用到液固两相流领域。本文在对液固两相流对流换热的物理机制分析研究的基础上,研究了宽通道板式换热器中的换热特性和阻力特性,目的是为了分析宽通道板式换热器与列管式换热器的热力和水力之间的不同性能,说明在机械蒸汽再压缩系统中,宽通道板式换热器作为列管式换热器的替代产品具有优越性。 针对板式换热器中液固两相流三维流动的复杂性,运用双流体连续介质模型,研究板间距的变化和固相体积分数的变化对宽通道板式换热器换热性能的影响,得到了宽通道板式换热器中液固两相流场的流动与换热特性,并与前人实验研究结果对比验证。在仿真结果基础上,搭建了机械蒸汽再压缩系统实验测试平台,对16mm宽通道板式换热器进行传热与流阻性能的实验研究,分析固相体积分数、系统循环量对换热器换热性能的影响,将仿真结果与实验研究结果对比验证。 分析结果发现,硫酸钠溶液浓度的增加对宽通道板式换热器的流动与换热性能影响较小;硫酸钠晶浆的固相体积分数变化对宽通道板式换热器总流动与换热性能影响较小;板间距增加可以降低板式换热器压降损失,提高对固体颗粒相的承载能力,但换热性能降低。在板间流量7m~3·h~(-1)、固相质量分数比10%的工况下,板片角孔处出现了颗粒黏结导致的堵塞问题,随着系统循环量增加至19m~3·h~(-1),堵塞问题得到解决;与传统列管式换热器相比,新型宽通道板式换热器的压降损失增加约为30%;相同系统工况下,宽通道板式换热器的换热性能约为列管式换热器的2倍。


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