《螺旋板式换热器的传热及流动特性研究》硕士学位论文

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1、青岛科技大学硕士学位论文螺旋板式换热器的传热及流动特性研究姓名：王彦波申请学位级别：硕士专业：热能工程指导教师：李庆领20070420青岛科技大学研究生学位论文螺旋板式换热器的传热及流动特性研究摘要本文通过实验研究和数值模拟两种方法对异形定距柱螺旋板式换热器的传热及流动特性进行了研究。在实验部分，利用热一质比拟萘升华技术，测量了Re=2．0Xi03～3．0Xi01范围内的圆形定距柱和三种椭圆形定距柱柱面及通道底面的对流换热系数，得出了椭圆形定距柱螺旋通道的传热及阻力实验关联式，并对其综合性能进行了比较。实验结果表明：

2、1)当Re>7500时，椭圆形定距柱柱面的对流换热系数高于圆形定距柱柱面的对流换热系数，且对流换热系数随长径比a／b的增加而提高；2)当Re>7500时，椭圆形定距柱通道底面的对流换热系数低于圆形定距柱通道底面的对流换热系数；3)当Rc<7500时，通道总体对流换热系数随定距柱形状的变化差别不大，当Re>7500时，椭圆形定距柱通道的总体对流换热系数低于圆形定距柱通道总体的对流换热系数：4)椭圆形定距柱螺旋通道的流动阻力明显低于圆形定距柱螺旋通道的流动阻力，并且a／b越大，椭圆形定距柱螺旋通道的流动阻力降低越明显；5

3、)通过比较几种柱型，得出当a／b=2．0时，椭圆形定距柱螺旋板式换热器的综合性能指数最高，且随Re的增加而呈上升趋势。在数值模拟部分，利用CFD软件，分析了圆形、椭圆形、方形和菱形定距柱螺旋通道的传热及流动特性，并将其综合性能进行了比较。数值模拟结果表明：1)三角形排列沿长轴绕流时的椭圆形定距柱螺旋通道的综合性能高于圆形定距柱螺旋通道的综合性能，当a／b=2．0～2．5时，椭圆形定距柱螺旋通道的综合性能指数最高；2)对于沿长轴绕流时的椭圆形定距柱，三角形排列时的综合性能高于正方形排列时的综合性能；3)沿长轴绕流时的综

4、合性能高于沿短轴绕流时的综合性能；4)在同样的排列方式下，方形和菱形定距柱螺旋通道的综合性能均不如圆形定距柱螺旋通道的综合性能。综合实验和数值模拟结果，椭圆形定距柱螺旋板式换热器的综合性能优于圆形定距柱的综合性能，在a／b=2．O～2．5时综合性能最优。关键词：螺旋板式换热器强化传热异形定距柱热一质比拟FLUENT模拟螺旋板式换热器的传热及流动特性研究HEATTRANSFERCHARACTERISTICSANDFLOWBEHAVIoRSOFTHESPIRALPLATEHEATEXCHANGERAninvestigat

5、ionhasbeenperformedtOclarifytheheattransfercharacteristicsandflowbehaviorsofthespiralplateheatexchangewiththenon—circularpinfins，inwhichexperimentalstudyandnumericalsimulationareinvolved．Experimentshavebeenperformed，inwhichtheheat—masstransferanalogyandthenapht

6、halenesublimationtechniqueareemployed，toinvestigatetheheattransferandflowcharacteristicsofthecircularpinfinandellipticpinfinswithdifferentaxisratiointhespiralchannel．ThetestingfluidwasairandtheReynoldsnumberrangedfromabout2000to30000．Theempiricalequationsofheat

7、transfer(Nusseltnumber)andresistance(Eulernumber)fordifferentellipticpinfinsarepresentedinthepaper．Theconvectiveheattransfercoefficientaroundthebottomofthespiralchannelisalsostudied．Overallcapabflityofthespiralchannelwithdifferentellipticpinfinsandacircularpinf

8、iniscomparedeachother．TheexperimentalresultsCallbeconcludedasfollowing：幻theconvectiveheattransfercoefficientsofthecylindricalsurfaceoftheellipticpinfinsarehigherthanthatofac