【摘要】：相比傳統(tǒng)尺寸的換熱器,小通道板式換熱器在單位體積換熱量、運(yùn)行穩(wěn)定性、制造成本、使用壽命等方面均具有很大優(yōu)勢。隨著換熱功率的不斷增大,人們在繼續(xù)開發(fā)傳統(tǒng)的強(qiáng)化換熱方式的同時(shí),也在努力探尋更高效的強(qiáng)化傳熱方式。脈動(dòng)流的研究和工程應(yīng)用已發(fā)展為流體力學(xué)的主要分支。脈動(dòng)流及其傳熱傳質(zhì)現(xiàn)象廣泛存在于工程及生物系統(tǒng)中。脈動(dòng)流能夠有效地強(qiáng)化對流傳熱傳質(zhì),在低雷諾數(shù)流動(dòng)中增強(qiáng)流體摻混、防止污垢形成、解決流體分配不均等方面有獨(dú)特的效果,對進(jìn)一步提高板式換熱器的換熱性能降低流動(dòng)損失方面具有很好的應(yīng)用前景。本文基于本課題組以往對脈動(dòng)流的大量理論研究基礎(chǔ)上,針對小通道板式換熱器,開展脈動(dòng)流在板式換熱器中的應(yīng)用研究,旨在探究脈動(dòng)流在板式換熱器中的傳熱及流動(dòng)規(guī)律,為脈動(dòng)流技術(shù)在板式換熱器領(lǐng)域的工程化應(yīng)用提供一定的理論依據(jù)。本文主要通過實(shí)驗(yàn)與模擬相結(jié)合的方式,進(jìn)行相關(guān)的研究工作,主要研究內(nèi)容及成果如下:(1)改造了脈動(dòng)流測試實(shí)驗(yàn)臺,以用于板式換熱器的性能測試工作。(2)通過測試系統(tǒng),開展了小通道板式換熱器的傳熱及流動(dòng)測試工作,初步獲得了傳熱特性、流動(dòng)特性以及流場特性。傳熱實(shí)驗(yàn)表明,脈動(dòng)流過程中,強(qiáng)化傳熱與弱化傳熱并存,脈動(dòng)頻率f與脈動(dòng)振幅A的提升有助于傳熱效率的提升;流動(dòng)實(shí)驗(yàn)表明,較低Re條件下,脈動(dòng)流會使得流動(dòng)阻力大幅增加,可達(dá)近3倍,同時(shí),f、A的增大也會進(jìn)一步增加流動(dòng)阻力。(3)從綜合能效指標(biāo)PEC以及火積耗散角度分析得出,脈動(dòng)流換熱器在高頻率、高振幅下的綜合能效相較于穩(wěn)態(tài)流換熱器得到提高,且脈動(dòng)流換熱器中的火積耗散由傳熱引起的火積耗散主導(dǎo),雷諾數(shù)的增加會減少換熱器的火積耗散;可視化實(shí)驗(yàn)表明,不同脈動(dòng)工況下,流場中的渦旋流場發(fā)生顯著變化,這可能是脈動(dòng)流對于傳熱與流動(dòng)帶來影響的內(nèi)在原因。(4)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ),驗(yàn)證了CFD模擬脈動(dòng)流傳熱、流動(dòng)過程的準(zhǔn)確性。得到脈動(dòng)流對流體的擾動(dòng)是導(dǎo)致脈動(dòng)流增加了流動(dòng)阻力并增強(qiáng)了換熱的原因;仿真模擬了四種復(fù)合波紋脈動(dòng)流板式換熱器,得到了一種與傳統(tǒng)人字紋相比更具綜合換熱性能的復(fù)合人字紋板型。脈動(dòng)流小通道板式換熱器在工程中具有一定的應(yīng)用前景,但也存在阻力增加的不足之處,從綜合能效角度去分析能更好的反映出脈動(dòng)流對于板式換熱器的影響。
【學(xué)位授予單位】：浙江工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TK172
【圖文】：

熱器與焊接式板式換熱器可滿足不同使用環(huán)境。諸如此類道形式等類型不一的板式換熱器，使得板式換熱器無論在展空間。根據(jù)國內(nèi)外學(xué)者的預(yù)測，板式換熱器仍然是繼續(xù)器緊湊性和大型化的方向發(fā)展[3, 4]。主要由金屬波紋板片組成。板片的結(jié)構(gòu)直接影響著板式換的強(qiáng)弱、流道中流動(dòng)阻力的大小、流體流動(dòng)形態(tài)等都與來劃分板片結(jié)構(gòu)，使用比較多的有水平直波紋結(jié)構(gòu)、人其中工業(yè)生產(chǎn)中以水平直波紋板片和人字形板片使用最多片性能好壞，除了比較換熱效果外，還要考慮流體在換熱壓承溫的能力。人字形板式換熱器板片內(nèi)部流道變化非常波紋板片相比，人字形板片的換熱效率更高，板片承壓能。人字形波紋板片在板式換熱器板片中屬于性能較好的一類

第 2 章 脈動(dòng)流板式換熱器實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)冷水循環(huán)系統(tǒng)：離心泵作為主流水泵，從蓄水箱中抽取設(shè)定水量并泵入冷水管后，冷水進(jìn)入混合室，由于隔膜泵的作用，使得流體轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂幸欢ㄆ骄魉僖约疤匦缘拿}動(dòng)流；產(chǎn)生的脈動(dòng)流隨即進(jìn)入測試段參與換熱；最后，流出測試段的流體排出。值得注意的是，本實(shí)驗(yàn)中通過換熱器并完成換熱過程的水直接排入排水渠并入蓄水箱，這是由于換熱后水溫升高導(dǎo)致蓄水箱在容積不是特別大的情況下水溫會動(dòng)，而同一時(shí)間段內(nèi)的進(jìn)水溫度相對穩(wěn)定。熱水循環(huán)系統(tǒng)：離心泵作為主流水泵，由回水箱抽取設(shè)定水量并注入熱水管路；經(jīng)過電熱加熱器，通過調(diào)節(jié)變壓器，以設(shè)定相應(yīng)的熱水溫度；經(jīng)過測試段，進(jìn)行傳驗(yàn)；最后，經(jīng)過換熱的流體，再次進(jìn)入回水箱進(jìn)行下一輪循環(huán)。（2）測試系統(tǒng)關(guān)鍵部件簡介圖 2-2 與圖 2-3 分別為混合室與隔膜計(jì)量泵的實(shí)物圖。定常流進(jìn)入混合室，經(jīng)由計(jì)量泵的作用，使得定常流轉(zhuǎn)變?yōu)榫哂幸欢ㄆ骄魉俚拿}動(dòng)流。其中，通過調(diào)節(jié)變，實(shí)現(xiàn)脈動(dòng)頻率的設(shè)定；而脈動(dòng)振幅則是通過調(diào)節(jié)旋轉(zhuǎn)手輪改變沖程距離實(shí)現(xiàn)。

【參考文獻(xiàn)】

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