板式換熱器板片的流動特性及熱固耦合分析.pdf

1、換熱器裝置是工業(yè)傳熱中應(yīng)用廣泛的設(shè)備。本論文主要研究的是人字形波紋板板式換熱器，流體介質(zhì)在波紋板間的傳熱機(jī)理和流動特性是評價板式換熱器性能的重要指標(biāo)，我們有必要對二者進(jìn)行深入的研究。但是板片間網(wǎng)狀流道內(nèi)介質(zhì)的相關(guān)特性十分復(fù)雜，僅依靠實(shí)驗(yàn)方法無法清晰認(rèn)識其內(nèi)部的流動及換熱特性。隨著CFD(Computational Fluid Dynamics)技術(shù)及相應(yīng)軟件的日趨成熟、完善，換熱器流體仿真計(jì)算具備了有效解決途徑。但目前國內(nèi)有關(guān)換熱器板片

2、通道內(nèi)流體特性數(shù)值計(jì)算的研究還非常有限，原因之一就是換熱器板片三維模型的開發(fā)難度較大，而換熱器板片三維造型對換熱器仿真分析、設(shè)計(jì)和開發(fā)又有重要意義。
　　針對上述問題，參照廠家提供的國外先進(jìn)換熱器板片，文中完成了換熱器板片的整體三維模型重構(gòu)設(shè)計(jì)，并對建模質(zhì)量做出實(shí)驗(yàn)檢側(cè)和系統(tǒng)評價，最后實(shí)現(xiàn)了換熱器板片關(guān)鍵區(qū)域內(nèi)的流體仿真計(jì)算。具體研究內(nèi)容如下。
　　1.采用3D SCANNER掃描儀獲取換熱器板片的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，參考逆向工程的思

3、想方法，按照換熱器板片不同功能區(qū)分割點(diǎn)云，依照分割后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)在造型軟件中完成三維造型，生成完整的換熱器板片三維模型。
　　2.搭建實(shí)驗(yàn)平臺，采用測量精度較高的三坐標(biāo)測量機(jī)系統(tǒng)對換熱器板片建模質(zhì)量進(jìn)行評價。通過將測量尺寸與建模尺寸相比較的方式給出建模數(shù)據(jù)、測量數(shù)據(jù)，并計(jì)算出誤差數(shù)值和誤差占比，對建模尺寸和測量尺寸誤差較大處做修正處理，使得板片的平面度誤差控制在0.1 mm內(nèi)。
　　3.首先選定換熱區(qū)，建立了最佳波紋傾角流道簡

4、化模型，β為60o。用低雷諾數(shù)（Re）數(shù)k-ε模型進(jìn)行水流體介質(zhì)流動和換熱特性的仿真計(jì)算，得到了Re和Nu的變化曲線。其次研究了導(dǎo)流區(qū)流道內(nèi)的流體特性，結(jié)果表明：導(dǎo)流區(qū)壓力場、流速場、溫度場分布比較均勻。最后分析了換熱區(qū)冷、熱流體和板片間的耦合特性，分析發(fā)現(xiàn)：熱流體溫度分布主要集中在335 K~353 K，而冷流體的溫度分布主要集中在300 K~320 K。
　　本文首次利用三座標(biāo)測量與數(shù)值構(gòu)造對比分析的方法，確定了人字形波紋板的