機(jī)載多股流板翅式換熱器性能研究.pdf

1、為滿足機(jī)載設(shè)備需冷量不斷增大的要求，高效、緊湊的多股流板翅式換熱器成為發(fā)展趨勢。多股流板翅式換熱器通道結(jié)構(gòu)復(fù)雜，任一通道流體溫度變化受眾多因素制約，在一定條件下會發(fā)生翅片旁通效應(yīng)、溫度交叉和熱量內(nèi)耗現(xiàn)象，另外，機(jī)載環(huán)境下沖壓空氣與其它流體的交叉流動以及流體相變流動均會導(dǎo)致其傳熱機(jī)理更加復(fù)雜。本文針對交叉式多股流板翅式換熱器精確數(shù)值計算方法和結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計等方面展開研究。具體工作內(nèi)容如下：
　?。?）多股流板翅式換熱器數(shù)值計算方法研究

2、
　　采用有限容積法，將換熱器劃分為W×L個子單元換熱器，首次提出將子單元換熱器尺寸與翅片間距、子單元換熱器通道間橫向能量傳遞與流體間流動方式相互獨立的處理方式建立交叉式多股流板翅式換熱器數(shù)學(xué)模型，并通過VC++語言編制程序?qū)崿F(xiàn)數(shù)值計算；另外，針對周期性通道排列多股流板翅式換熱器，根據(jù)一個周期內(nèi)換熱器上下隔板熱流量相等的特點，構(gòu)建了一個周期內(nèi)封閉的控制方程組，減小了周期性通道排列多股流板翅式換熱器計算工作量；考慮到翅片表面特性對數(shù)

3、值計算方法準(zhǔn)確性的影響，基于國外權(quán)威翅片特性實驗數(shù)據(jù)的誤差分析，對特定翅片結(jié)構(gòu)型式選取了最佳的實驗關(guān)聯(lián)式。
　?。?）機(jī)載三股流板翅式換熱器性能分析
　　基于多股流板翅式換熱器數(shù)值計算方法，研究了兩種通道排列方式下機(jī)載交叉式三股流板翅式冷凝器各股流體溫度場、翅片溫度分布特性；分析了目標(biāo)流體能量分配與最大換熱量之間關(guān)系；認(rèn)為相變多股流板翅式換熱器換熱時由于相變流體熱容流大，相變對流表面換熱系數(shù)高，會扼制單相熱流體換熱；不同通道

4、排列方式下傳熱面積利用率不同，在相同溫差驅(qū)動力下，將傳熱面積分配給熱容流大且對流表面換熱系數(shù)高的流體，傳熱面積利用率更高，換熱量也越大；另外，對現(xiàn)有結(jié)構(gòu)型式的換熱器結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計發(fā)現(xiàn)：將同一流體復(fù)疊布置的通道當(dāng)做一個通道，熱流體設(shè)計熱負(fù)荷比例與通道分配比例接近時，更有利于換熱器實際運行趨于設(shè)計工況。
　　（3）機(jī)載三股流板翅式換熱器性能試驗研究
　　在熱動力試驗臺和蒸發(fā)制冷循環(huán)試驗臺上對無相變和相變流體在交叉式多股流板翅式換熱

5、器換熱特性進(jìn)行了試驗研究，對多股流換熱器的數(shù)值計算方法準(zhǔn)確性進(jìn)行了試驗驗證；以試驗用三股流板翅式換熱器為例，對忽略同一層流體橫向傳熱的可行性和子單元換熱器尺寸的選取做了分析，認(rèn)為從對流體出口溫度預(yù)測角度考慮，換熱器網(wǎng)格劃分過密對數(shù)值計算結(jié)果影響不大，但是過密的網(wǎng)格劃分必然導(dǎo)致計算效率的降低；通過交叉式三股流板翅式換熱器試驗與數(shù)值計算結(jié)果對比，證明數(shù)值計算方法能夠滿足機(jī)載條件高精度計算需求，同時發(fā)現(xiàn)流體在換熱器芯體內(nèi)流量分配不均勻、相變流

6、體的對流表面換熱系數(shù)公式選取對數(shù)值計算精度有較大影響。
　?。?）流量分配特性對換熱性能的影響研究
　　通過Fluent軟件對板翅式換熱器封頭和單通道結(jié)構(gòu)分別建立模型，研究了流體在通道和封頭結(jié)構(gòu)內(nèi)流量分配特性，認(rèn)為封頭結(jié)構(gòu)和導(dǎo)流片布置決定了流體在通道間和單通道內(nèi)的流量分配趨勢，流體質(zhì)量流量、通道阻力等會影響流量分配不均勻度；首次以CFD數(shù)值模擬結(jié)果為基礎(chǔ)建立了特定結(jié)構(gòu)形式下?lián)Q熱器流量分配模型，并通過換熱器計算程序研究了流量分

7、配不均勻?qū)Q熱器換熱性能的影響，發(fā)現(xiàn)：在流體不同的入口參數(shù)以及物性參數(shù)條件下，流量分配不均勻?qū)Q熱器換熱性能影響不同，不同的熱流體換熱性能可能提升或下降；換熱器通道的阻力特性影響流量分配不均勻性，阻力越小，通道間流量分配越不均勻，甚至導(dǎo)致各股流體的換熱性能均下降。
　?。?）多股流板翅式換熱器通道排列評價方法研究
　　總結(jié)了多股流板翅式換熱器通道排列評價方法，在定負(fù)荷且各流體通道負(fù)荷平均分配下，基于累積熱負(fù)荷均方差評價通道排

8、列方式的合理性進(jìn)行了驗證；在變負(fù)荷且考慮換熱器通道間橫向傳熱機(jī)理基礎(chǔ)上，對累積熱負(fù)荷均方差無量綱化，改進(jìn)了溫差均勻性因子表達(dá)式，并在變通道排列方式、變流體入口參數(shù)和變流體流動方式條件下以三股流板翅式冷凝器為例驗證了各評價方法的適用性；在考慮換熱器橫向傳熱條件下，為減小采用優(yōu)化算法優(yōu)化通道排列方式時的計算工作量，本文首次提出了采用子單元換熱器通道排列特性尋優(yōu)通道排列方式的新方法，并在變流體流動方式、變?nèi)肟趨?shù)和變流體物性條件下研究了子單元