板式换热器分配区改造的数值模拟及场协同分析.pdf

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1、第36卷第1期东北电力大学学报Vo1．36．NO．12016年2月JournalOfNortheastDianliUniversityFeb．，2016文章编号：1005—2992(2016)01—0051-05板式换热器分配区改造的数值模拟及场协同分析张仲彬，张浩，郑孔桥(东北电力大学能源与动力工程学院，吉林吉林132012)摘要：对人字形板式换热器冷热双流道计算模型进行分配区结构改造，建立了新计算模型。利用计算流体力学软件对不同工况下两换热器模型内流体的流动和传热进行了数值模拟，对比了两模型内的速度场和温度场，并运行场协同原理分析了流道内的

2、速度场和温度场及速度场和压力场的协同性。结果表明：新模型的速度场和压力场的协同性更好，在换热能力相同情况下，压降较低，经济性得到提高。关键词：板式换热器、分配区、数值模拟、场协同理论中图分类号：TK124文献标识码：A板式换热器作为一种通用的热能动力机械设备，已被广泛使用于医药、制冷与暖通、余热回收、动力及石油化工、航空航天等绝大部分工业领域，可以作为冷凝器、蒸发器、回热器及中间冷却器等，其应用范围不断扩大。由于数值模拟方法研究高效、经济等优点，在板片的设计、选型和优化等过程得到了广泛应用。黄莉、崔立祺、曲宁和吴华新¨等分别截取人字形波纹板式换

3、热器50mmX100mm，50mmx110mm和128mmX128mm主流区域进行模拟计算分析，得到了波纹夹角B、高度h和间距l对换热器性能的影响，并利用计算结果拟合各几何参数与努谢尔特数、压力降之间的关系曲线。FlavioC．C．Galeazzol5等人通过对板式换热器的数值模拟，发现在通道内存在流体流动不均和流量分布不均的现象。CarlaS．Fernandes_6等人对高粘度流体在板式换热器内的流动进行了模拟，发现在层流状态下，流体的扭曲系数和摩擦相关性系数随着波纹倾斜角的减少和通道宽高比的增加而增加。Xiao—HongHanl等人根据板片

4、的完整结构建立了双流道的三维计算模型，发现在板片进、出口处都存在流动死区。板间的流量分布不均或流动死区与分配区结构息息相关，分配区的结构对板式换热器的性能有着重要影响。本文在原有的冷热双流道几何模型基础上，对分配区结构进行改造并建立了新的模型，对两种模型在不同工况条件下的进行数值模拟，得到其速度场与温度梯度场的夹角随Re的变化情况，并运用场协同理论对模拟结果进行三场协同分析。1换热器的数值计算模型1．1物理模型研究对象为BR0．O15F型人字形，基本参数为：换热面积0．0151TI，波高2mm，法相节距6mm，口角60。，材料为304不锈钢。笔

5、者按照该板片图纸的实际尺寸建立三维计算模型A，计算区域如图1所示。在模型A的基础上，改造分配区的结构，建立了模型B，计算域如图2所示，冷热流体对角逆向流动，上侧流动为热流体，A端流人c端流出下例流道为冷流体，D端流入B端流出。收稿日期：2015-09-12作者简介：张仲彬(1973一)，男，内蒙古自治区通辽市人，东北电力大学能源与动力工程学院副教授，博士，主要研究方向：强化传热及表面材料的阻垢．第1期张仲彬等：板式换热器分配区改造的数值模拟及场协同分析55均减小，场协同性降低，压降增大。在相同流速时，模型A与B的速度与温度场平均角相差很小，换热

6、性能基本相同，而速度与压力场平均角则明显大于A，即相同流速下，模型B的内部流阻更小，压降更低。108106104102100984O0o6OOO踟∞10000120001400016Ooo18000雷诺数Ro图11模型A与B的速度与温度全场平均协同角图12模型A与B的速度与压力全场平均协同角4结论板式换热器分配区经过改进后，流道内流体分布更加均匀，改善了流动特性，流体流动阻力大大减小，同时板片整体换热更加均匀，在换热性能基本不变的同时，降低了压降；而且流道内速度场与压力场的协同性更好，经济性得到提高。参考文献[1]黄莉．板式换热器波纹参数优化的

7、数值模拟试验研究[D]．北京：北京化工大学，2010．[2]崔立祺．基于FLUENT的板式换热器三维数值模拟[J]．杭州：浙江大学，2008．[3]曲宁．板式换热器传热与流动分析[D]．济南：山东大学，2005，5：10—10．[4]吴华新，孙刚，周松，等．波纹倾角B对空气在波纹流道内的流阻与传热影响的数值分析[J]．热能动力工程，2O08，23(5)：531—534．[5]GaleazzoFCC，MiuraRY，GutJAW，eta1．Experimentalandnumericalheattransferinaplateheatexchan

8、ger[J]．ChemicalEngineeringScience，2006，61(21)：7133—7138．[6]FernandesCS，Dias