雨滴型凹坑凸胞板式換熱器性能的數(shù)值分析與優(yōu)化研究.pdf

1、板片是板式換熱器交換熱量和轉(zhuǎn)換動量的載體，其表面形狀決定了其傳熱性能和阻力性能的優(yōu)良，從而直接決定了板式換熱器效率的高低。本文以板式換熱器在鍋爐煙氣余熱回收中的應(yīng)用為背景，以空氣為介質(zhì)，通過數(shù)值手段，研究了板片上一種雨滴型凹凸表面的換熱器的流動換熱性能，并對其進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化。分析結(jié)構(gòu)參數(shù)對其換熱性能的影響，以期獲得較優(yōu)的結(jié)構(gòu)外形，為此新型板式換熱器的開發(fā)與應(yīng)用提供依據(jù)。
　　首先，根據(jù)本論文雨滴型凹坑凸胞板式換熱器的結(jié)構(gòu)特點，參考

2、文獻(xiàn)中的實驗數(shù)據(jù)，確定采用RNG k-ε湍流模型及增強(qiáng)壁面函數(shù)進(jìn)行數(shù)值模擬。選擇pec=(Nu/Nu0)/(f/f0)1/3作為主要評價指標(biāo)，以雨滴型凹坑凸胞板式換熱器傳熱單元為研究對象，采用周期性邊界對其設(shè)計參數(shù)R1、R2對換熱的影響進(jìn)行了研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn):流道內(nèi)強(qiáng)烈的渦流碰撞，流動分離對強(qiáng)化傳熱起了重要作用。凹坑的高傳熱區(qū)出現(xiàn)在凹坑結(jié)構(gòu)的后緣，而凸胞傳熱單元的高傳熱區(qū)則集中在前緣并呈“蝴蝶”狀分布。
　　凹坑結(jié)構(gòu)和凸胞結(jié)構(gòu)均實現(xiàn)

3、了強(qiáng)化換熱，在Re=1500～4000，其綜合換熱性能pec值在1.42～3.0之間。隨著Re數(shù)的增大，換熱性能增大而阻力性能和綜合換熱性能則呈下降趨勢;前緣半徑R1的改變對凹坑的綜合換熱性能影響比較明顯，而R2則對凸胞的綜合換熱性能影響較大。較大R1值的凹坑傳熱單元和較大R2值的凸胞傳熱單元具有更好的綜合換熱性能。但是隨著R1，R2值的增大，其增幅逐漸減小。在本文的研究范圍內(nèi)，凹坑傳熱單元的綜合換熱性能要高于凸胞傳熱單元。
　　

4、最后以ANSYS workbench為平臺，完成了雨滴型凹坑凸胞板式換熱器三種流道的參數(shù)化建模，網(wǎng)格劃分，計算和結(jié)果分析。并以Nu數(shù)最大，阻力系數(shù)f值最小，綜合換熱性能pec值最大為目標(biāo)函數(shù)對換熱器進(jìn)行多目標(biāo)優(yōu)化。研究表明:凹凸深度（高度）Hd對三種流道輸出參數(shù)(Nu、f、pec)的影響都比較顯著，而凹凸間距P對其的影響最弱;對雨滴型凹坑凸胞板片，前緣半徑R1和后緣半徑R2存在相關(guān)性，使得單一因素對傳熱性能的作用不一致。較深的凹凸深度（