两种壁面边界条件下三角分流翅片传热性能研究开题报告

 2021-08-08 01:38:47

全文总字数:3132字

1. 研究目的与意义

板翅式换热器是一种高效、紧凑型的换热设备,具有结构紧凑、轻巧及传热效率高等特点,在换热领域具有相当重要的作用,早在1930年就制成了航空发动机散热用板翅式换热器,经过70多年的研究和发展,目前板翅式换热器已经在石油化工、航空航天、电子、原子能、武器工业、冶金、动力工程和机械等领域得到广泛的应用。目前世界能源危机,面临的能源形势非常严峻。大量研究表明,板翅式换热器对工业的热能利用、回收预热、节约能源、降低成本有显著的效果。

板翅式换热器比传统的管壳式换热器的传热效率提高20%~30%,成本降低50%。板翅式换热器由翅片、隔板、封条、和导流组成。翅片是板翅式换热器最基本的原件,板翅式换热器中的传热过程主要通过翅片来完成,板翅式换热器的传热与流动阻力性能主要决定于翅片的表面特性,因此对翅片的传热研究是研究提高板翅式换热器的传热效率的基础[1]。Kays和London对56种翅片形状进行了大量的实验研究,总结出了各种翅片型式的板翅式换热器传热和阻力的关系式[2]。三角分流翅片是一种能实现高效换热的结构,由于在实际环境中有各种各样不同的条件,所以分别在恒热流密度与恒壁温条件下进行数据模拟对比研究。

2. 国内外研究现状分析

板翅式换热器在英国的马尔斯顿艾克歇尔瑟公司问世,最初在飞机的泠却器中使用,同时该公司是最早制造板翅式换热器的工厂,它是英国帝国化学公司的一个子公司,该公司的是英国最大的化工铲平生产企业,世界上最大化工垄断集团之一。早在1971年就能制造出压力达10.5kg/cm2,尺寸为600012001200毫米的切片换热器。在美国,早在二十世纪四十年代末就发明了切换式换热器并应用到了空分设备中。目前曲莱恩公司和司徒华脱华纳公司南稳特分厂已经成为美国化工、空气分离、工程机械等部所需各种材质大型板翅式换热器的主要供应者。

同时,日本也对板翅式换热器投入研究,但一直没有投入到实际中使用,直到六十年代,日本神户制钢和住友精密工业株式会才从美国引进这项技术,这两公司的板翅式换热器虽然时间不长,但发展迅速,已经能够提供多种规格的板翅式换热器。并且在1963年与英国马尔克斯公司签订技术合作合同,经过多年的发展,该公司已经能制造出最高设计压力为20kg/cm2的和压力骤起性改变的切换式换热器。

除开美国、英国、日本外,德国、和俄罗斯和比利时等主要的工业国家,也先后对板翅式换热器进行研究和制造。目前国内外从事板翅式换热器生产的主要目的是使其与石油化工产品配套,并试着制造工作压力和大尺寸规格的板翅式换热器[3]。期间kotcioghi[4]等人对板翅式换热器平直片换热器运用数值模拟的方法,发现入口风速对换热的影响要大于入口的温度,得出了最小压降与最大传热的最佳优化方案。wambsganss[5]对铝制板翅式换热器平翅片通道内的两相流进行了研究,得出入口质量流量400kg/m2s时非常精确的关联式。morini[6-8]等人对在不同边界条件下不同模型的温度场和怒塞尔数进行验证,还发现了横向气流扰动强化传热但增大压降的结论。

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3. 研究的基本内容与计划

研究内容:

应用大型流体计算软件模拟计算三角分流翅片传热流动过程,分析在恒热流密度和恒壁温条件的两种边界参数下三角分流翅片的传热性能,通过流道内的剖面云图(包括流速、压强、温度)等,并对数据进行处理,得出各自条件下的压降以及换热系数,并加以分析。再得出有益于工程实践的结论,为该类换热器有效的提高换热效率提供参考依据。

时间安排:

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4. 研究创新点

采用CFD模拟了在两种边界条件下三角分流翅片的传热

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