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基于计算流体力学数值模拟的板式换热器传热与流动-机械工程学报.PDF

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第 51 卷第 12 期 机 械 工 程 学 报 Vol.51 No.12 2 0 1 5 年 6 月 JOURNAL OF MECHANICAL ENGINEERING Jun. 2 0 1 5 DOI :10.3901/JME.2015.12.137 基于计算流体力学数值模拟的板式换热器传热与 流动分析及波纹参数优化* 张 晶 1 文 珏 1 赵 力 1 李德育 2 王 毅 2 (1. 天津大学中低温热能高效利用教育部重点实验室 天津 300072 ; 2. 天津市津能技术中心 天津 300384) 摘要:基于计算流体力学(Computational fluid dynamics, CFD)方法对板式换热器整板和局部计算域进行数值模拟。建立 1 000 mm 数量级冷热双流道的人字形板式换热器整板片的流动及换热计算模型,利用 FLUENT 软件对集中供暖系统中的水-水换 热工况进行模拟研究,分析冷热流体在换热器中的流动形态以及换热情况;与此同时建立 200 mm×200 mm 冷热双流道的局 部计算域模型,对不同波纹倾角β,波纹截距λ 的板片单元进行模拟分析,根据波纹参数对板式换热器的流动及换热情况的 影响优化波纹参数。结果表明,整板 LPM77 板片流道中流体分布十分不均,且人字形尖点和流道边缘处流速较低,湍流程 度较小,换热效果较差;随着波纹倾角β 增大,板片换热能力先增后减,极值点在β 等于 60°左右,流体的压降同样先增后 减,然而压降的最大值点出现在 60°之后。综合考虑换热情况以及流动压降,一般工况下波纹倾角β选择在 60°左右较为适宜;随 波纹截距λ增大,流体的换热性能以及流动压降均呈现降低趋势,波纹截距λ对压降的影响程度大于波纹倾角β对其的影响。 关键词:板式换热器;数值模拟;双流道;波纹参数优化 中图分类号:TG156 Heat Transfer and Flow Analysis and Corrugation Parameters Optimization of the Plate Heat Exchanger Based on Computational Fluid Dynamics Numerical Simulation ZHANG Jing1 WEN Jue1 ZHAO Li1 LI Deyu2 WANG Yi2 (1. Key Laboratory of Efficient Utilization of Low and Medium Grade Energy (Tianjin University), Ministry of Education, Tianjin 300072; 2. Tianjin Energy Technology Center, Tianjin 300384) Abstract :Plate heat exchanger (PHE) is simulated based on the computational fluid dynamics (CFD) method. A 1 000 mm-order-of-magnitude calculation model is established for fluid flow and heat transfer in cold and hot flow channels of a chevron-type PHE. The flow pattern and heat transfer effect of the cold and hot fluids are anal
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