某板翅式换热器的性能及场协同分析

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工业社会的发展,需要能源的支撑。我国经济飞速发展,消耗了大量的能源。如今,能源正在枯竭,使用能源造成的环境污染也在日渐加重。国家号召全社会一起节能减排。作为工业社会中,与能源密切相关的换热器行业,更是需要积极研发新的节能减排技术。  本文旨在用CFD技术对板翅式换热器的翅片,包括平直翅片、锯齿形翅片和波纹翅片,以及对整个板翅式换热器内的流动和传热进行数值模拟和分析。  首先介绍了板翅式换热器的结构,重点描述了各种翅片的优缺点,然后在计算流体力学和场协同理论的指导下,对这些翅片进行了数值模拟。用场协同理论的评价准则与传统评价准则来评价各种翅片的性能,验证场协同理论的正确性。通过分析模拟结果可知,平直翅片的压降是最小的,但其换热性能也是最差的。这种翅片的换热方式与圆管相似,在翅片的壁面附近形成了稳定的速度边界层和温度边界层。波纹翅片的换热性能是最好的,曲折的流动通道提高了流场与热流场的协同程度,使波纹翅片的换热能力大幅度提升。锯齿翅片的换热性能相对与平直翅片有所提高,锯齿的存在对速度边界层和温度边界层产生了很大影响,边界层的不断被破坏使得换热性能大幅度提高,同时压降也有一定幅度地上升。对三种翅片分别做了6组不同速度的模拟,得到换热性能和流动性能与Re的关系。综合换热性能和流动性能评价三种翅片,平直翅片的综合性能是最好的,波纹翅片和锯齿翅片的综合性能在Re=520时是相同的,Re<520时锯齿翅片的综合性能较优,Re>520时波纹翅片的综合性能较优。  在分析了翅片的局部性能之后,利用多孔介质模型,对整个板翅式换热器进行数值模拟。多孔介质模型是一种替代模型,文中选取了锯齿形翅片作为板翅式换热器中的翅片,得到了换热器内部的流场、温度场以及压力场。空气侧的通道是矩形状,流动较为简单,主要分析的是润滑油侧的流动。通过模拟结果,分析了流体的流动情况和温度分布情况。此外,模拟结果与试验数据作了对比,包括出口温度、压差、换热量等,分析了误差形成的原因。
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