板式空气加热器传热特性及优化研究.pdf

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1、节能科技板式空气加热器传热特陛及优化研究王树，吴俐俊，鞠贵冬(同济大学机械与能源工程学院，上海201804)摘要：利用FLUENT软件分析了新型板式空气加热器烟气和空气流道的结构尺寸对换热效果及流动阻力的影响。通过对某烤烟厂空气加热器结构综合优化分析，得到烤烟厂使用的空气加热器的最优结构尺寸为：椭圆管短长轴比为0．6，波纹板问通道高度为20mm。关键词：板式换热器；传热特性；优化中图分类号：TK172文献标志码：A文章编号：1001—5523(2014)04—0032—03板束与板束错位相叠形成波纹板间通道，板束内形成椭圆通换一道。组成板管束的板片由专用模具

2、压制成型，板束装在压力壳内。采用周边组焊的板束形式，取消了密封垫片，其耐温耐压性能均优于传统板式换热器。波纹板片具有静搅拌作用，能在很低的雷诺数下形成湍流，消除了管式换热器和传统板式换热器存在的死区现象，且污垢系数低，传热系数是传统管壳式换热器的2-3倍。板式空气加热器物理模型如图1所示，椭圆通道通过空气，板间通道通过烟气，通道横截面如图2所示。1新型板式空气加热器的八舸模型和计算方法图1新型板式空气加热器换热芯体模型1．1新型板式空气加热器的几何模型1．2新型板式空气加热器的计算方法新型板式空气加热器由波纹板片相叠而形成一个板束，烤烟厂换热过程为烟气一空气

3、换热，没有发生相变，并节能科技数平均温差。烟气通道根据传热系数h，空气换热温差判断换热效果；根据空气和烟气的压降来判断流动阻力I1l10优化烤烟厂空气加热器的结构尺寸，故不考虑空气和烟气的入口速度和温度对烤烟厂空气加热器换热效果和流动图2新型板式空气加热器通道横截面阻力的影响。根据烤烟厂空气加热器实际运行工况，将空且流体在流道内的温差较小，因此可以做出如下假设：流动气入口速度设为4m／s，入口温度设为20℃；烟气入口速度为稳态流动；流速较低，流体为不可压缩粘性流体；流道内流设为8m／s，入口温度设为400cc；板问有效换热长度设为体的物性参数为常数；重力和由

4、于密度差异所引起的浮升力800rnmft31忽略不计；板片、通道周边与外界绝热q。计算采用RNGk一占模型，对换热面实施加密处理的非结2波纹板间通道高度对换热效果和流动阻力构化四面体网格，考虑到壁面厚度导热、流体与固体耦合传的分析热出口条件，在接近换热面附近拉伸三层边界层网格。流体取椭圆通道短长轴比为0．6，对不同高度的波纹板间通入口采用速度入口边界条件，出口采用压力出口边界(静压道进行数值模拟结果如表1所示。为0)条件，流道交界面设为换热面，壁面表1不同波纹板间通道高度下的空气和烟气性能参数Bd＼数边界条件均采用无滑移速度边界条件，外波纹板间高度空气出烟气

5、出空气压烟气压总换热对数平总换热系数部壁面边界的温度分布服从绝热边界条口温度口温度降降量均温差／ram／K／K／Pa／Pa／W／'C／W·(Ⅱr·℃)件，板间通道两侧的椭圆通道边界温度分布服从导热边界条件。本文所使用的控制方程如下：连续性方程：塑++丝：o——一空气压降+烟气压降az能茸万栏绀：婶旦“等-+-+Hz盟一az一吉考盍+v(【警++]J(2)、赫臻能量方程：∞“瓦：【-Lv++]J㈦板片内导热微分方程：波纹板间i囊；度／at．图3不同波纹板间通道高度条件下总换热系数和流体压降图(+等+]J=。c【4’如图3所示，波纹板间通道高度在15~351TI

6、lTI时，空气压式中，P为压力；为速度；V为流体的运动粘度；P为流体的降随着波纹板问通道高度的增加变化不大。烟气压降开始随密度；为流体的热扩散率。着波纹板问通道高度的增加变化不大，但当波纹板问通道高传执系．度大于30nun时，烟气压降急剧下降，原因是波纹板件通道Q高度增加后，烟气的流速减慢，流动阻力减小。由于湍流度减．=一AXf(5)小，总的换热系数随着波纹板问通道高度的增大反而减小。式中，h为传热系数；Q为总换热量，A为总换热面积，为对综合考虑流动阻力和换热效果，应当保证压降在符合工程要节能科技Bd＼擞出求的前提下，尽量减小波纹板间通道高度，经计算选择波纹

7、拟和分析。计算结果和结构优化结论如下：板件通道高度为201Ttm时最合适。(1)改变波纹板问通道高度时，空气的流动阻力随着波纹板问通道高度改变几乎没有变化，但烟气的流动阻力会随3椭圆通道短长轴比对换热效果和流动阻力着波纹板间通道高度的增加而减小。总的换热系数也会随着鸽162拍8心蚰385346波纹板间通道高度的增加而减小。综合考虑压降和换热效果的分析的因素，选择波纹板间通道高度为20lTLn时为最佳波纹板间波纹板间通道高度取为20ITLW_I，对相同周长不同的短长2l3啪51通道的高度。轴比的椭圆通道进行计算模拟的空气和烟气性能参数如表2(2)周长相同时，不

8、同短长轴比条件下的椭圆通道其空不。55昌喜2蚍O眠9