优化设计板翅式换热器,提高其换热效率和安全性能

【摘要】：板翅式换热器因高传热比表面积以及高换热效率等特点在空气分离以及航空航天领域得到了广泛的应用,但是其封头存在的物流分配不均匀问题、板束体部分存在的换热效率较低以及通道堵塞引起的安全问题也引起了国内外学者的较多关注。因此,优化设计板翅式换热器,提高其换热效率和安全性能,对于推进工程设备的研究具有重要的意义。本文借助数值模拟与实验相结合的方法,对封头以及板束体进行了研究。首先风速非均匀分布对蒸发器性能的影响,基于相关多孔介质数学模型,建立了板翅式换热器封头的计算模型,并验证了所提出的封头计算模型的可靠性;其次,在验证封头所用计算模型正确性的基础上,对具有最佳物流均布效果的带孔板的改进型封头做了进一步的结构参数优化,包括孔板数量、孔板安装高度、开孔率、非均匀开孔率排布方式等风速非均匀分布对蒸发器性能的影响,综合各个因素对封头流场性能的影响,提出了可以使得物流分配最为均匀的封头优化设计;然后,根据传热传质理论建立了板翅式换热器板束体的计算模型,并验证了所编写的用于描述质量和热量传递的UDF的准确性;最后,在控制其他参数不变的条件下,研究了翅片的结构参数对于通道传热传质特性的影响,包括翅片的高度、间距、厚度、长度等,综合各种因素在不同流动状态下对流场性能的影响,完成板束体的优化设计。本文研究内容为板翅式换热器的优化设计提供了理论参考。