復合波紋板(ban)式換熱器強化傳熱機(ji)理及傳熱特性研究?
板式換熱器作為一種傳熱性能優異的熱能動力機械設備被廣泛應用到有能量轉換過程的許多領域，其應用范圍的不斷擴大要求對其進行更深入的研究。本文在對單相介質對流換熱的物理機制進行分析研究的基礎上，提出了一種新型網流型復合波紋板式換熱器，對其換熱特性和阻力特性進行了數值和實驗研究。研究結果對板式換熱器的優化設計以及熱力和水力計算具有理論指導意義和實際應用價值。 對固體壁面和單相流體之間對流換熱的物理機制進行了分析，提出了垂直于傳熱壁面的流體速度分量是影響對流換熱關鍵因素的觀點，在此基礎上提出增大流場中流速與壁面呈較大夾角的區域來強化對(dui)流(liu)換熱的(de)手段。單相流(liu)體(ti)和固(gu)體(ti)壁(bi)面(mian)之間的(de)熱量(liang)交換可(ke)(ke)以看作是壁(bi)面(mian)附(fu)近和主(zhu)流(liu)區(qu)(qu)不同溫度(du)(du)流(liu)體(ti)之間質量(liang)交換的(de)結果，垂(chui)直(zhi)于壁(bi)面(mian)方向的(de)流(liu)體(ti)運動對(dui)促(cu)進這種交換起著(zhu)主(zhu)要作用；流(liu)速與壁(bi)面(mian)呈較大(da)夾(jia)角的(de)流(liu)動在垂(chui)直(zhi)于壁(bi)面(mian)方向上的(de)速度(du)(du)分(fen)量(liang)必然較大(da)，因(yin)此增大(da)流(liu)場(chang)中流(liu)速與壁(bi)面(mian)呈較大(da)夾(jia)角的(de)區(qu)(qu)域，可(ke)(ke)以強化壁面和流體之間的熱量交換。 參照相關文獻公布的研究成果及通過數值模擬，本文提出了利用“非平行彎曲表面”形成流動通道來增大流場中流速與壁面夾角的技術思想。板式(shi)換熱(re)器的流體通道由“非平行彎曲表面”形成，所以相對其它型式的換熱器有較好的傳熱性能。 對傳統斜波紋板式換熱(re)器(qi)內的流場進行了數值模擬，首次從波紋傾角變化會影響到流體動量沿波紋方向分量的角度，解釋了斜波紋板式換熱器內流體流動形態變化的原因和換熱得到強(qiang)化的物理機制。 通過數值研究發現波紋幾何參數對斜波紋板式換熱器的性能有重要影響：隨著波紋傾角β逐漸增大，斜波紋板式換熱器的傳熱性能和阻力系數起初均隨之增長，當傾角β達到60°附近時，換熱效果和阻力系數均達到最高值；波距P變化對換熱性能的影響不明顯，但P的增大會減小流阻；波高H越高換熱效果越好，但流動阻力也會以更大幅度上升： 通過數值計算得到了斜波紋板(ban)式(shi)換(huan)熱器換熱準則方程，與Y.S.Kim通過實驗研究得到的換熱準則方程相比兩者非常接近，證明用數值方法進行板式換(huan)熱器性能研究的方法可靠。 對復合波紋板片強(qiang)化換(huan)(huan)熱的(de)機(ji)理進行了(le)數(shu)值研(yan)究得到了(le)復合波(bo)(bo)(bo)紋幾何參數(shu)對(dui)其性能的(de)影(ying)響(xiang)規律：縱(zong)波(bo)(bo)(bo)傾角β對(dui)換(huan)(huan)熱和阻力(li)的(de)影(ying)響(xiang)趨勢(shi)是一致的(de)，傾角大(da)(da)時換(huan)(huan)熱效-果(guo)會增強，阻力(li)也會增加；橫(heng)波(bo)(bo)(bo)波(bo)(bo)(bo)高(gao) hl 增加在(zai)一定(ding)程度(du)上有助于提高(gao)換(huan)(huan)熱效果(guo)，但橫(heng)波(bo)(bo)(bo)波(bo)(bo)(bo)高(gao)對(dui)摩擦系數(shu)幾乎沒(mei)有影(ying)響(xiang)；橫(heng)波(bo)(bo)(bo)波(bo)(bo)(bo)距 P1 的(de)改變(bian)對(dui)換(huan)(huan)熱影(ying)響(xiang)不大(da)(da)，但橫(heng)波(bo)(bo)(bo)波(bo)(bo)(bo)距過大(da)(da)或過小都會導致大(da)(da)的(de)摩擦系數(shu)；縱(zong)波(bo)(bo)(bo)波(bo)(bo)(bo)距 p2 減小在(zai)一定(ding)程度(du)上可以起到強化(hua)換熱的效果，但縱波(bo)(bo)波(bo)(bo)高 h2 增加比縱波(bo)(bo)波(bo)(bo)距 p2 減小對強化換熱的影響更顯著。 建立了板式換熱器實驗系統，對復合波紋板式(shi)換熱器在水一水換熱情況下的換熱特性和阻力特性進行了實驗研究，得到了流體在這種換熱器內的換熱準則方程和流動阻力特性方程，可以為復合波紋板式(shi)換熱器的設計計算提供依據。 本文對復合波紋板式換熱器進行的汽一水換熱實驗測得蒸汽凝結對流換熱系數在15000～20000 w/(m<'2>℃)之間。通過汽水換熱實驗觀察到汽相凝結時冷凝溫度下降明顯，提出了在有汽相冷凝換熱的情況下，保持汽相介質的壓力不要降低過快，以保持較高的凝結溫度，從而利用較大的傳熱溫差來強化換熱的觀點。 實驗和數值研究的結果均表明：在保持換熱效果相當的前提下，復合波紋板(ban)式換(huan)熱器的流動阻力比人字形斜波紋板式換(huan)熱器要降低 50％左右。這證明復合波紋板(ban)式(shi)換熱器在保持良好換熱效果的同時，對流體的阻力顯著減小，其綜合性能優于傳統斜波紋板式換熱器。 提出了復合波紋板片的曲面造型設計和加工方法，并完成了試制。最后編制的板式(shi)換熱器整體優化設計程序，可以滿足新板片開發階段優化設計的需要。