新型橢球面波紋板式換熱器的熱力及流動阻力分析.pdf

1、我們都知道能源產(chǎn)業(yè)是國家經(jīng)濟發(fā)展的基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)，也是支柱型產(chǎn)業(yè)。就目前形勢來看，產(chǎn)能的嚴重過剩，極大一部分原因，是能源利用率較低導(dǎo)致的。在能源綜合利用率只有14％的今天，國家只有通過大量的產(chǎn)能，才能實現(xiàn)能源對經(jīng)濟增長的不斷需求。時至2016年為國家“十三五”規(guī)劃的開局之年，近期的一項報告顯示:未來的幾年，國家將逐漸減少在高耗能產(chǎn)業(yè)方面的經(jīng)濟支出（如煤炭、石油、化工等），轉(zhuǎn)而鼓勵擴大能源有效投資的舉措，而其中一項就是推進能源科技革命，加大能

2、源科技創(chuàng)新投資。換熱器作為一種在不同溫度下，兩種或兩種以上流體間，實現(xiàn)物料之間熱量傳遞的節(jié)能設(shè)備，是使熱量由溫度較高的流體傳遞給溫度較低的流體，使流體溫度達到流程規(guī)定的指標，以滿足工藝條件的需要。很好的滿足了國家關(guān)于節(jié)能產(chǎn)業(yè)發(fā)展的政策和方針方面的要求?；谝陨蠂医o予換熱器行業(yè)的大力支持和時代給予的機遇，本文提出并發(fā)明了一種能在更低流動阻力情況下，有更高換熱效率的新型橢球面波紋板式換熱器。
　　本文以研究該種橢球面波紋板式換熱器的

3、熱力學(xué)性能，以及流動阻力性能為切入口。全文涉及到了傳熱學(xué)、工程熱力學(xué)、流體力學(xué)、空氣調(diào)節(jié)等方面的專業(yè)知識，應(yīng)用了諸如AutoCAD、Gambit、MATLAB、Solidworks、Fluent等軟件，完成了建模、計算、模擬和分析的全過程，主要的研究成果有以下幾個方面:
　　一、依據(jù)相關(guān)要求，設(shè)計發(fā)明出了橢球面波紋換熱板的尺寸。橢球面滿足一定的方程，同一行橢球面左右相鄰間隔為2mm，且凹凸性一致。相鄰的上下橢球面首尾恰巧處于同一水

4、平面，采取相間的排列方式，且凹凸性相反。經(jīng)設(shè)計計算，單個換熱板每面均有凹凸橢球面15行，每行均有橢球面25個。在進出水方面，采取慣有的，在四角開有直徑為36mm的圓形孔，板兩面的邊緣均加有厚3mm的密封橡膠帶，整體采用冷熱雙流道逆流換熱模式。
　　二、依據(jù)比表面積知識，計算得知橢球面波紋換熱板的空間利用率更佳。通過MATLAB計算，該單板換熱比表面積比人字形換熱板高出接近一倍。
　　三、依據(jù)Fluent模擬結(jié)果，分析了其速度

5、場、壓力場及溫度場等之間的相互影響關(guān)系。得到以下幾條結(jié)論:其一，通過分析20℃冷流體與60℃熱流體混合之間的傳熱及阻力關(guān)系發(fā)現(xiàn)，換熱流體的流動方式幾乎不是影響本四孔口雙流道橢球面換熱板結(jié)果的因素，該橢球面波紋換熱板將不再受裝配順序的影響，組裝方式更靈活。其二，擬合出了雷諾數(shù)在一定范圍內(nèi)的傳熱Nu和阻力f的準則數(shù)方程，這為后續(xù)的學(xué)者研究提供了更為直觀的數(shù)據(jù)和理論思路。其三，橢球面波紋換熱板上，冷熱流體的溫度場、速度場及壓力場每時每刻均在均

6、勻地由高勢能場向低勢能場推進，從而可以很好的說明此種設(shè)計的場協(xié)同角較小，各場之間的協(xié)同作用較好，該新型波紋換熱板具有較好的傳熱過程。
　　四、對比人字形波紋板，得知橢球面波紋換熱板的傳熱及阻力等綜合性能較為優(yōu)越。其一，換熱流體經(jīng)過凸橢球面表面時，流速會變快，進出口壓力降降低;流體經(jīng)過凹橢球面表面時，速度被擾亂，分散在各個方向，在凹面局部形成紊流，恰好使流體與換熱板面充分接觸，達到理想換熱效果。其二，凹凸橢球面觸點相互配搭，很好的解