小通道钎焊板式换热器性能研究与优化

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板式换热器是一种高效紧凑的换热设备,被广泛应用于供热、制冷、化工和热回收等领域,有广阔的市场和应用前景。近年来,随着现代制造工艺的不断进步,小型化的钎焊板式换热器成为板式换热器一个热门的发展方向。但目前相关的研究还很少,尤其是当量直径在3mm以下的小通道钎焊板式换热器,对其换热性能的仿真和实验研究都还处于空白的状态。本文针对一款当量直径1.5mm的小通道钎焊板式换热器,综合运用实验和仿真的手段,对其换热性能进行了全面深入的研究。具体研究内容和主要成果如下:(1)对小通道钎焊板式换热器分别进行了单相、蒸发和冷凝换热实验,拟合出了对应的传热和压降关联式。和实验结果相比,单相关联式拟合的换热量平均误差3.6%,压降平均误差5.9%;蒸发关联式拟合的传热系数平均误差11.6%,压降平均误差25.7%;冷凝关联式拟合的传热系数平均误差10.1%,压降平均误差18.3%。以上关联式均具有较高的精度,填补了小通道钎焊板式换热器在实验关联式上的空白。(2)基于有限体积法,建立了小通道钎焊板式换热器的一维稳态分布参数仿真模型,传热和压降关联式采用实验中拟合出的关联式。经实验数据验证,仿真模型计算的蒸发换热量平均误差12.1%,蒸发压降平均误差27.8%,冷凝换热量平均误差11.7%,冷凝压降平均误差22.7%,具有较高的精度,可用于指导小通道钎焊板式换热器的选型。此外,借助此仿真模型,本文还对影响小通道钎焊板式换热器两相换热的影响因素进行了深入研究,分析了质量通量、热通量、干度、温差、饱和温度以及制冷剂等因素对传热系数和压降的影响规律。(3)建立了小通道钎焊板式换热器局部流道的三维仿真模型。经实验关联式拟合结果验证,仿真模型计算的传热系数平均误差12.3%,压降平均误差5.2%,具有较高的精度。借助此模型对最常见的人字形波纹板式换热器进行性能优化研究,重点分析了波纹倾角、波纹间距、波纹高度以及焊点大小等几何参数的变化对换热性能产生的影响,指导换热器的优化设计。
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