机载多股流板翅式换热器性能研究

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1、中图分类号：V241.0论文编号：102870115-B036学科分类号：082504博士学位论文机载多股流板翅式换热器性能研究研究生姓名李俊学科、专业人机与环境工程研究方向高效换热技术指导教师蒋彦龙教授南京航空航天大学研究生院航空宇航学院二О一五年九月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAerospceEngineeringStudyonPerformanceofAirborneMuti-s

2、treamPlate-finHeatExchangerAThesisinMan-Machine-EnvironmentEngineeringbyLiJunAdvisedbyProf.JiangYanlongSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofDoctorofPhilosophySeptember,20015承诺书本人声明所呈交的博士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢

3、的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：2015-12-10南京航空航天大学博士学位论文摘要为满足机载设备需冷量不断增大的要求，高效、紧凑的多股流板翅式换热器成为发展趋势。多股流板翅式换热器通道结构复杂，任一通道流体温度变化受众

4、多因素制约，在一定条件下会发生翅片旁通效应、温度交叉和热量内耗现象，另外，机载环境下冲压空气与其它流体的交叉流动以及流体相变流动均会导致其传热机理更加复杂。本文针对交叉式多股流板翅式换热器精确数值计算方法和结构优化设计等方面展开研究。具体工作内容如下：（1）多股流板翅式换热器数值计算方法研究采用有限容积法，将换热器划分为W×L个子单元换热器，首次提出将子单元换热器尺寸与翅片间距、子单元换热器通道间横向能量传递与流体间流动方式相互独立的处理方式建立交叉式多股流板翅式换热器数学模型，并通过VC++语言

5、编制程序实现数值计算；另外，针对周期性通道排列多股流板翅式换热器，根据一个周期内换热器上下隔板热流量相等的特点，构建了一个周期内封闭的控制方程组，减小了周期性通道排列多股流板翅式换热器计算工作量；考虑到翅片表面特性对数值计算方法准确性的影响，基于国外权威翅片特性实验数据的误差分析，对特定翅片结构型式选取了最佳的实验关联式。（2）机载三股流板翅式换热器性能分析基于多股流板翅式换热器数值计算方法，研究了两种通道排列方式下机载交叉式三股流板翅式冷凝器各股流体温度场、翅片温度分布特性；分析了目标流体能量分

6、配与最大换热量之间关系；认为相变多股流板翅式换热器换热时由于相变流体热容流大，相变对流表面换热系数高，会扼制单相热流体换热；不同通道排列方式下传热面积利用率不同，在相同温差驱动力下，将传热面积分配给热容流大且对流表面换热系数高的流体，传热面积利用率更高，换热量也越大；另外，对现有结构型式的换热器结构优化设计发现：将同一流体复叠布置的通道当做一个通道，热流体设计热负荷比例与通道分配比例接近时，更有利于换热器实际运行趋于设计工况。（3）机载三股流板翅式换热器性能试验研究在热动力试验台和蒸发制冷循环试验

7、台上对无相变和相变流体在交叉式多股流板翅式换热器换热特性进行了试验研究，对多股流换热器的数值计算方法准确性进行了试验验证；以试验用三股流板翅式换热器为例，对忽略同一层流体横向传热的可行性和子单元换热器尺寸的选取做了分析，认为从对流体出口温度预测角度考虑，换热器网格划分过密对数值计算结果影响不大，但是过密的网格划分必然导致计算效率的降低；通过交叉式三股流板翅式换热器试验与数值计算结果对比，证明数值计算方法能够满足机载条件高精度计算需求，同时发现流体在换热器芯体内流量分配不均匀、相变流体的对流表面换热

8、系数公式选取对数值计算精度有较大影响。I机载多股流板翅式换热器性能研究（4）流量分配特性对换热性能的影响研究通过Fluent软件对板翅式换热器封头和单通道结构分别建立模型，研究了流体在通道和封头结构内流量分配特性，认为封头结构和导流片布置决定了流体在通道间和单通道内的流量分配趋势，流体质量流量、通道阻力等会影响流量分配不均匀度；首次以CFD数值模拟结果为基础建立了特定结构形式下换热器流量分配模型，并通过换热器计算程序研究了流量分配不均匀对换热器换热性能的影响，发现：在流体不同的入口