板式換熱器傳熱與流動分析

　　板式換熱器是一種高效、緊湊的換熱設備。與其他換熱器相比具有傳熱系數高、結構緊湊、易拆洗等優點，但也存在流動阻力大、承壓能力低等缺點。尋求換熱性能與流動阻力的更加匹配一直是板式換熱器優化與改進的主要方向。但是換熱器的流道形狀復雜，疊放方式多種多樣，長期以來，對其研究只停留在實驗和經驗基礎上，缺乏預見性。

　　采用數值模擬的方法對人字形板式換熱器進行了數值模擬研究，并在此基礎上提出了一種全新的網流型換熱板片-波浪板，使換熱器的換熱特性與流動阻力獲得了更好的匹配。 針對傳統換熱器的內部結構特點，采用數值模擬的方法研究板式換熱器通道內的換熱與流動特性。

　　通過對三種湍流模型：標準k—ε模型、帶旋流修正(Rea)的k-ε模型、RNG k—ε模型，進行數值計算對比，發現RNG k—ε模型對于板式換熱器內的復雜流動和換熱特點，具有相對較高的準確度。以上模擬結果與前人所做的實驗數據進行了分析對比，驗證了模型的可靠性。

　　在此基礎上建立了板式換熱器通道內流動和換熱的數值計算模型，采用非結構化網格，對β為30°～80°，波高為3mm～6mm及波距為10mm～25mm的人字形板片在不同速度下的換熱和阻力特性進行了數值計算，模擬得到了板式換熱器槽道內三維的速度場、壓力場和溫度場，綜合分析了波紋角度、波高及波距對換熱與流動特性的影響，并對換熱板片的參數進行了對比優化。在進行大量數值計算的基礎上，綜合所有影響板片換熱與流動特性的因素，擬合得到人字形板式換熱器的綜合準則關系式：Nu=0.21Re~(0.66)Pr~(1/3)(1/d_e)~(-0.19)(πβ/180)~(0.05)(μ_f/μ_w)~(0.14)，Re在3000～30000范圍內，該式與文獻中的實驗結果相近。以上工作將對人字形板式換熱器的進一步優化和改進提供指導性意義。 基于傳統板式換熱器存在的阻力損失大的問題，本文提出了一種全新的網流型換熱板片一波浪板。通過對β為30°～80°的波浪板進行模擬對比，得到β為30°時候的波浪板片換熱效率最好。并在對計算數據對比和分析的基礎上，擬合得到了β=30°、β=40°、β=60°三種波浪形板式換熱器的換熱準則關系式。綜合各個角度的影響，初步擬合出了包括角度參數影響的Re在4500～25000范圍。