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哈尔滨理工大学工学硕士学位论文

JAG型波纹板换热器流动特性及强化换热数值模拟

摘要

板壳式换热器以优越的换热性能和耐温耐压性在石油化工生产等领域有着广

阔的应用前景，针对JAG新型板壳式换热器板程流动换热性能从模型结构、组合

优化及主动增强换热方面开展了流动传热数值模拟研究。

本文综合考虑了水的物性变化及壳体传热性能影响，建立了JAG型波纹板三

维模型，通过网格独立性检验与模型对比验证为数值模拟奠定基础。从流态、涡

结构及传热性能等方面分别对5组不同波纹高度、节距和倾角工况在不同流速下

流动与传热进行研究，结果表明改变波纹倾角对传热性能影响最强，流道空间与

流速不匹配会导致换热受到抑制。

针对不同波纹工况下三场协同性展开分析，基于场协同理论揭示了速度场与

温度梯度和速度场与压强梯度协同分布规律。不同工况场协同数均远小于1，在波

纹核心流域内因其流动与热流相似，协同程度变差。同时，考虑到传热和流动阻

力良好匹配，采用田口法进行3因子5水平正交实验，通过引入信噪比分析得到

了优化组合方案。

针对JAG型波纹板在脉动流作用下的主动强化换热展开了数值模拟。通过不

同流速添加小脉动特征，改变脉动流频率及脉动流振幅，从流动特性、换热特性

和场协同角度对不同工况下强化换热性能进行分析。结果表明改变振幅对强化换

热影响最强，脉动流与波纹结构相结合的方式有利于湍流形成，复合增强换热富

有成效。在低流速工况下施加脉动特征的换热效果相对于高流速来说更加明显，

而改变频率仅会使换热更加频繁，对换热性能提升并不明显。同时，结合场协同

理论分析，表明不同速度和不同频率工况温度场协同角变化并不明显，相较而言，

改变振幅能够获得更为出色的协同效果。

关键词JAG型波纹板；流动换热特性；场协同理论；强化换热；数值模拟

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Numericalsimulationonflowcharacteristicsand

enhancedheattransferinJAG-typecorrugatedplate

heatexchangers

Abstract

Plateandshellheatexchangerwithsuperiorheattransferperformanceand

temperatureandpressureresistanceinpetrochemicalproductionandotherfieldshas

broadapplicationprospects,thispaperfortheJAGnewplateandshellheatexchanger

plateflowheattransferperformancefromthemodelstructure,combination

optimizationandactiveenhancementofheattransfertocarryoutnumericalsimulation

offlowheattransferresearch.

Inthispaper,thephysicalchangesofwaterandtheshellheattransferperformance

ofthecomprehensiveconsiderationoftheimpactoftheJAG-typecorrugatedplate

three-dimensionalmodel,throughthemeshindependencetest