復(fù)合流道板式換熱器強化傳熱機理的研究

板式換熱器在過程工業(yè)的應(yīng)用廣泛（僅次于管殼式換熱器的）。板式換熱器的傳熱系數(shù)較高，但壓降較大，強化板式換熱器的傳熱，合理降低壓降對過程工業(yè)的節(jié)能有重要意義。近年來，盡管國內(nèi)的板式換熱器產(chǎn)值每年在50億元以上，但以仿制國外產(chǎn)品為主，研究工作多局限在不同人字板式換熱器板片波紋傾角下的流型，回歸出壓降和傳熱系數(shù)與波紋傾角的經(jīng)驗關(guān)系為主，缺乏對該換熱器傳熱過程的深入認識。 本課題以不同波形參數(shù)的復(fù)合板片換熱器為研究對象，對其內(nèi)部復(fù)雜流型及強化傳熱機理進行研究。采用大渦模擬研究與PIV/LIF方法測量相結(jié)合復(fù)合流道內(nèi)部的湍流流動與傳熱過程，分析不同復(fù)合板片組合條件下，邊界層的速度、旋渦和湍流特征及其向主流輸送的過程。揭示了板片波紋參數(shù)對流道內(nèi)流動和傳熱影響的機理問題。通過分析流道間傳熱面的熱通量分布、流道的幾何形狀與邊界層流動的相互關(guān)系，找到了提高熱通量、降低流道內(nèi)流動阻力，從而強化該換熱器綜合傳熱性能方法。用該方法優(yōu)化板片的幾何參數(shù)，能既提高換熱器的傳熱系數(shù)，又降低壓降。這一理論發(fā)現(xiàn)能夠?qū)迨綋Q熱器的傳熱系數(shù)提高10%，壓降降低10%，對于提高板式換熱器的傳熱性能、流程工業(yè)的節(jié)能有重要工程意義。

板式換熱器的傳熱系數(shù)較高，但壓降較大。本課題擬采用不同波形參數(shù)的復(fù)合板片構(gòu)建復(fù)合流道，對其內(nèi)部復(fù)雜流型及強化傳熱機理進行研究。運用大渦模擬方法數(shù)值預(yù)測復(fù)合流道內(nèi)部的湍流與傳熱過程；采用PIV/LIF方法同時測量復(fù)合流道中溫度和速度分布。對比速度、溫度、壓力的數(shù)值結(jié)果與實驗測量值。對理論模型進行驗證與改進；綜合理論研究與實驗結(jié)果，分析不同復(fù)合板片組合條件下，動量邊界層、熱邊界層、湍流動能與耗散等特征?？偨Y(jié)其對強化傳熱性能的影響規(guī)律，構(gòu)建具備和平均Nu數(shù)、摩擦因子與上述參數(shù)的定量關(guān)聯(lián)式。通過對板式換熱器復(fù)合流道強化傳熱機理的揭示，期望在提高板式換熱器傳熱系數(shù)的同時，有效控制壓降，以獲得較好的綜合強化傳熱性能。本課題對指導板式換熱器的優(yōu)化設(shè)計、促進流程工業(yè)的節(jié)能技術(shù)升級具有一定的學術(shù)價值與實際意義。