复合流道板式换热器强化传热机理的研究结题摘要

板式换热器在过程工业的应用广泛（仅次于管壳式换热器的）。板式换热器的传热系数较高，但压降较大，强化板式换热器的传热，合理降低压降对过程工业的节能有重要意义。近年来，尽管国内的板式换热器产值每年在50亿元以上，但以仿制国外产品为主，研究工作多局限在不同人字板式换热器板片波纹倾角下的流型，回归出压降和传热系数与波纹倾角的经验关系为主，缺乏对该换热器传热过程的深入认识。 本课题以不同波形参数的复合板片换热器为研究对象，对其内部复杂流型及强化传热机理进行研究。采用大涡模拟研究与PIV/LIF方法测量相结合复合流道内部的湍流流动与传热过程，分析不同复合板片组合条件下，边界层的速度、旋涡和湍流特征及其向主流输送的过程。揭示了板片波纹参数对流道内流动和传热影响的机理问题。通过分析流道间传热面的热通量分布、流道的几何形状与边界层流动的相互关系，找到了提高热通量、降低流道内流动阻力，从而强化该换热器综合传热性能方法。用该方法优化板片的几何参数，能既提高换热器的传热系数，又降低压降。这一理论发现能够将板式换热器的传热系数提高10%，压降降低10%，对于提高板式换热器的传热性能、流程工业的节能有重要工程意义。

板式换热器的传热系数较高，但压降较大。本课题拟采用不同波形参数的复合板片构建复合流道，对其内部复杂流型及强化传热机理进行研究。运用大涡模拟方法数值预测复合流道内部的湍流与传热过程；采用PIV/LIF方法同时测量复合流道中温度和速度分布。对比速度、温度、压力的数值结果与实验测量值。对理论模型进行验证与改进；综合理论研究与实验结果，分析不同复合板片组合条件下，动量边界层、热边界层、湍流动能与耗散等特征。总结其对强化传热性能的影响规律，构建具备和平均Nu数、摩擦因子与上述参数的定量关联式。通过对板式换热器复合流道强化传热机理的揭示，期望在提高板式换热器传热系数的同时，有效控制压降，以获得较好的综合强化传热性能。本课题对指导板式换热器的优化设计、促进流程工业的节能技术升级具有一定的学术价值与实际意义。