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板式换热器的研究现状

2021-8-17    来源:    作者:  浏览次数:1324

板式换热器的研究现状

现有板式换热器板片波纹形状以人字形居多,已有大量文献针对波纹 的几何参数(波纹的间距、高度、夹角等)对流动和换热的影响进行了研 究。釆用有限扩散电流技术,并通过类比关系来估计传热速 率。通过实验观察到了波纹角度对摩擦系数/和传热因子丿以及流体流动 形态变化趋势的影响。赵镇南[或根据已有实验数据,对波纹几何参数对换 热及流动的影响进行了研究,发现与Focke W. W一样的规律。同时得出在 相同的通道阻力降下,无论波纹角度大小,传热速率都基本相等,虽然该 结论是在常物性及统一的0.6次幕函数等假设下得出来的,但不失为一个板 式换热器基本特性具有重要意义的认识。Muley和R.M.Manglikm]通过对不 同形式板式换热器实验结果的分析,将人字形波纹角度和面积扩展系数的 影响考虑到换热系数和摩擦系数的计算中,最终得到包含波纹角度和面积 扩展系数的换热准则方程式和摩擦系数关系式。Yasar Islamoglu17]对空气 通过水平平直波纹板进行试验,测试不同流道高度对换热与流动阻力的影 响,发现血随着流道高度的增加而增大,同时摩擦系数逐渐增大,总体换 热效果并不好,并得出小波高流道换热更好的结论。周明连卩句通过流形观 测发现板式换热器内的流量分配不均匀,偏流的存在降低了板式换热器的 传热性能,增大了流阻。在压力降测试的基础上,提出了单元流路分析的原 理和方法,能够定量计算板式换热器内的流量分布,并计算了BRIO和BR12 两种板式热交换器。计算表明,进出口段的波纹形式能显著地影响板式换 热器内的流量偏差。通过误差分析验证了单元流路分析结果的可靠性。

通过实验可以研究综合换热特性和阻力特性,但对速度场与温度场的 分布,研究难度很大,随着计算机技术的发展,数值模拟成了一种重要的研 究方法。Koen Grijspeerdt, Birinchi Hazarka, Dean Vucinic19]对人字形板式 换热器分别进行了2D和3D数值计算,得出结论:通过2D计算可以得到波纹 形状的影响,3D计算可以得到波纹角度的影响。并通过计算得到优化波纹 的模型。Flavio C.C.Galeazzo, Raquel Y Miura, Jorge A.W.Gut20]通过数值


模拟和实验两种方法对由平板构成的换热器进行了换热特性的研究,研究 结果表明数值模拟的有效性以及准确性,并指出数值模拟能进行温度场、 速度场的描绘。Ciofalo.M.等【21]人利用有限元法对波纹板式换热器过渡区 和弱紊流状态进行了数值模拟和实验验证,可为其它板形换热器数值计算 提供参考。阴极翔SI等通过数值模拟得出波纹通道间距对板内流动与换热 影响规律,即在入口条件相同的条件下,涡流量随着波纹间距的减少而增 大,以反= 2.55为界,继续减少波纹间距,通道内就会出现涡流强度不均匀 现象。张冠敏SI通过数值模拟研究了波纹板片三个几何参数波纹角度、波 高和波距对波纹板片换热与阻力特性的影响,得出质量因子丿7/•随三个波 纹参数的变化规律。金志浩等'靈以室温下的水为介质,以涡量-流函数为 理论基础,运用代数变换法生成适体坐标,通过有限差分对波纹板片内流 场进行了数值模拟;并以应=500为例,求出了其板内流体的速度场和压力 场,进而对同一周期内和不同周期的速度场和压力场进行分析,给出了速 度和压力分布变化曲线图,得出了不同雷诺数下流动阻力损失变化曲线与 阻力关联式,为波纹板的强化传热研究提供了有利的参考。

很多文献针对板片的改进进行了研究。K wan-Soo Lee,Woo-Swung Kim和Jong-Min Si^】在文献中指出,在板式换热器板片之间镶嵌锥形圆钉 以提高流体流动时的扰动,进而增强换热。并提出影响换热性能的四个影 响因素一镶嵌圆钉的横向距离、纵向距离、圆钉高度、锥形角度的优化方 案。王中铮和吕静〔26〕提出一种新元件一直角三角翼。流体通过直角三角翼 时,在直角三角翼背面空间内产生漩涡,这些纵向漩涡促进了主流区与传 热壁面附近流体间的动量和能量的交换,强烈的扰动对边界层起到减弱或 破坏作用,因而达到强化传热的效果。张冠敏231在板形上进行了改进,提 出一种新的板形一波浪板式换热器,板间收缩扩张的通道对板间的流体进 行扰动混合,起到强化换热作用,并进行了数值模拟和试验研究。相对于 传统的板式换热器,换热效果增强,摩擦因子降低。湖南大学任承钦、张 国强等人【27],设计了一种隔板为六边形的板式换热器,并对此进行了数值 模拟,模拟结果表明,该换热器具有准逆流换热的特点和强化换热作用。

除了对板式换热器在高雷诺数范围内换热与阻力性能的研究,还有很 多学者对板式换热器在低雷诺数范围内换热与阻力性能进行了研究。马学

虎等2幻根据实验数据分别从板片波纹角度、波距和波高三方面对板式换热 器的传热、阻力影响进行了理论分析。在低/?e(200<^<1300)条件下, 从对传热效果影响程度来看,波距要大于波纹角度和波高;而对压降的影 响,波距要小于波纹角度和波高。根据实验数据回归了相应板片传热系数、 阻力系数的经验关联式,计算值与实验值有较好的一致性;并对板式换热 器进行了热力学分析,为板式换热器在小流量、低流阻情况下的工业应用 提供板形、流程设计的理论依据。李建军如以柴油机机油冷却器为例对低 雷诺数流动换热器的传热和阻力特性进行了实验研究,对冷却器内流体的 温度场和流场进行了数值模拟,并对数值模拟结果和实验值进行了分析比 较。通过对油水板翅式换热器进行的性能试验得到了低雷诺数下的错位翅 片传热因子与摩擦系数的准则关系式,最终根据这些准则关系式提出了一 个衡量翅片质量的经济系数。Muley30]用水和蔬菜油作为换热介质,通过 水一水和水一蔬菜油换热阻力实验,对人字形板式换热器进行了换热和阻 力性能研究,并指出了不同波纹角度板片组合板式换热器时,流动状态由 层流向湍流转变时的数范围。

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