【摘要】：印刷板式換熱器(Printed circuit heat exchanger,PCHE)作為一種高效緊湊的新型微通道換熱器在工業(yè)領域中逐漸得到重視和應用,因此如何提高PCHE的換熱性自然能成為國內(nèi)外眾多學者的研究重點。其內(nèi)部微細流道內(nèi)的復雜對流換熱過程是研究PCHE換熱性能的關鍵,但是目前國內(nèi)對該類換熱器強化換熱技術的研究十分缺乏。本文采用理論分析與實驗研究相結(jié)合的方法,以超臨界LNG為工作介質(zhì),對該介質(zhì)在PCHE內(nèi)不同流道形狀以及不同幾何結(jié)構(gòu)的微細流道內(nèi)的流動與換熱特性進行了深入細致的分析與研究,探究PCHE流道內(nèi)強化換熱的方法。因此本課題的研究具有重要的理論和現(xiàn)實意義。本文首先以直徑為1.5 mm且彎曲角度不同(θ=0°~45°)的半圓形微細流道為研究對象,運用數(shù)值分析技術手段研究了不同質(zhì)量通量條件下的超臨界LNG在微細流道內(nèi)的流動與換熱特性。研究參數(shù)包括各個工況對流換熱過程中的工質(zhì)的溫度、速度、對流換熱系數(shù)h、Nu數(shù)以及壓降的變化。研究結(jié)果表明:與直流道相比,流道的周期性彎曲會使對流換熱能力明顯提高。在其他條件均一致的條件下,超臨界LNG的對流換熱能力隨著流道彎曲角度的增加而增大,但同時也會帶來壓降不同程度的增加。通過綜合比較對流換熱系數(shù)和壓降,發(fā)現(xiàn)超臨界LNG在彎曲角度為15°的流道內(nèi)具有較佳的綜合流動與換熱特性。而在流道彎曲角度不變的條件下,質(zhì)量流量的增加雖然也會帶來較大的壓力損失,但是其對流換熱能力的增加更占優(yōu)勢。因此在本文研究范圍內(nèi),質(zhì)量通量較大時,超臨界LNG在不同彎曲角度的流道內(nèi)表征出較好的綜合流動換熱特性。其次,研究了在傳統(tǒng)PCHE流道內(nèi)加入翼形翅片對其對流換熱的強化作用。通過對比超臨界LNG在水力直徑相同的直流道和翼形翅片流道內(nèi)的流動與換熱性能可知,在相同質(zhì)量流量條件下,直流道的Nu/Eu值遠小于加入翼形翅片的流道。隨著質(zhì)量流量的變化,二者之間的差異最大可達到51.07%,最小為46.2%,說明在流道內(nèi)加入翼形翅片可達到明顯的強化換熱效果。在此基礎上還對超臨界LNG在不同翼形翅片的布置形式的流道內(nèi)的流動與換熱特性進行了研究。計算結(jié)果顯示,翅片交錯布置更有利于傳熱的進行以及形成更均勻的流場,且翅片間的交錯距離Ls越大工作介質(zhì)的綜合流動換熱性能越好。此外,對流換熱系數(shù)h隨著翼形翅片間的垂直距離Lv的減小而增大,但是壓降也隨之大幅度增加。通過比較Nu與Eu的比值,發(fā)現(xiàn)翅片間的垂直距離Lv越大超臨界LNG的綜合換熱能力越強。因此,超臨界LNG在翼形翅片交錯稀疏布置的流道內(nèi)具有更好的流動與換熱特性。最后,在理論分析和數(shù)值模擬的基礎上,設計和搭建了以翼形PCHE為核心換熱設備的低溫高壓汽化系統(tǒng)實驗平臺�？紤]到LNG具有易燃易爆的物理性質(zhì),出于安全性等因素考慮,本實驗系統(tǒng)選取超臨界氮代替超臨界LNG。實驗結(jié)果表明:系統(tǒng)壓力越小,超臨界氮在翼形PCHE內(nèi)的湍流強度越強,更有利于傳熱,但同時也會帶來較大的壓降。在不同的壓力條件下,翼形PCHE的總傳熱系數(shù)在850~2600W/m2K范圍內(nèi)變化,且其傳熱效能最高可達98%左右,說明該換熱器可在超高壓超低溫條件下正常運行且具有很好的換熱性能。此外,在壓力一定的條件下,超臨界氮的質(zhì)量通量越大,翼形PCHE的總傳熱系數(shù)U越大,說明大質(zhì)量通量下該換熱器的換熱性能越好。
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【學位授予單位】：江蘇科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TU83

【參考文獻】

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1 李磊;楊劍;馬挺;徐向陽;曾敏;王秋旺;;印刷電路板通道的高溫傳熱和阻力特性研究[J];工程熱物理學報;2014年05期

2 王英杰;;超臨界流體傳熱特性研究綜述[J];科技導報;2012年33期

3 田文超,賈建援;微尺度連續(xù)介質(zhì)法定義域分析[J];計算力學學報;2005年02期

4 何濤,胡紅旗,劉紅波,陳鳴才;超臨界流體技術發(fā)展及應用概述[J];江蘇化工;2002年06期

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4 李曉偉;通道湍流換熱強化的數(shù)值與實驗研究[D];清華大學;2008年

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2 寇磊;緊湊式換熱器傳熱和流動特性的數(shù)值模擬[D];中南大學;2009年

3 趙松偉;超臨界二氧化碳流動和傳熱數(shù)值研究[D];鄭州大學;2008年

4 吳恩;緊湊式換熱器的綜合性能設計與優(yōu)選[D];南京工業(yè)大學;2006年

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本文編號：2385428