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板翅式换热器翅片表面性能试验研究与数值模拟

李媛  
【摘要】:高效、紧凑式换热器由于在节省能源与材料方面的优越性受到广泛关注。板翅式换热器作为其中的一种,已广泛应用于石油化工、能源动力、冶金、制冷等工业领域。板翅式换热器性能主要取决于翅片表面的传热与流动特性。常见的翅片表面有平直翅片、锯齿翅片、波纹翅片、百叶窗翅片等。然而国内长期采用日本通用翅片性能曲线,使得国产板翅式换热器的热力设计误差很大。因此,通过试验获取国产翅片表面性能曲线;运用数值模拟技术分析翅片表面传热与流动特性,是一项十分重要而有意义的研究工作。本文从试验研究和数值模拟两方面,对板翅式换热器翅片表面性能进行了初步探讨,主要研究工作和结论包括: (1)为研究板翅式换热器翅片表面性能,本文基于CFD 模拟优化设计了一台吸入式直流传热风洞,并搭建了该传热风洞试验系统,包括空气系统、蒸汽系统和测量系统。 (2)在传热风洞实验台上,对常见的三种不同规格板翅式换热器翅片表面性能进行了冷态、热态试验研究,得到了不同结构参数及操作参数下翅片表面性能曲线,并与国外翅片性能曲线进行了比较。结果表明,国产翅片冲压工艺和板翅式换热器钎焊技术已接近国外水平,翅片摩擦因子与国外相当,传热性能比国外略低。获得的性能曲线,为国产板翅式换热器提供了设计依据。 (3)采用计算流体动力学方法对板翅式换热器单通道流场进行了数值模拟,对比研究了不同结构参数和操作参数对翅片表面性能的影响。分别分析了平直翅片的翅片高度和翅片间距、锯齿翅片的切开长度、波纹翅片的波幅与波距对翅片表面流动与传热性能影响。结果表明:在相同操作条件下,锯齿翅片和波纹翅片的传热性能明显优于平直翅片。 (4)探讨了板翅式换热器的工程应用。根据其结构紧凑、换热效率高的特点,设计开发了一种用于燃油燃气锅炉余热回收的专利产品。该产品投入使用后,在节能、环保、经济性等方面效益显著。


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