不同结构传热元件传热与阻力特性数值模拟与实验研究

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回转式空气预热器以其传热密度高、结构紧凑、耐腐蚀、寿命长、运行费用低等特点而被大型火电机组普遍采用。传热元件是回转式空气预热器的重要组成部分,其传热与阻力特性直接决定了空气预热器运行的经济性和可靠性。因此研究不同结构传热元件的传热与阻力性能对于选取和优化设计传热元件,提高回转式空预器性能有重要意义。
　　本文采用数值模拟及热态实验对比验证的方法,对传热元件不同的几何结构对板间通道内流场传热及阻力特性的影响开展研究,为传热元件板型的选取、开发提供理论依据。
　　通过对单波纹通道内流动传热进行二维数值模拟,发现波纹结构极大的强化了通道内空气扰动,增大了湍流流动强度。与两平板间通道内流动模拟结果对比发现,波纹结构大大缩短了流场内湍流流动达到充分发展阶段所需流动距离,同时由于湍流流动的增强,单波纹通道内的温度边界层厚度明显薄于平板通道间通道内温度边界层厚度,波纹结构对对流传热强化的效果显著。同时通过对比不同波纹尺寸对温度边界层的影响发现,在当量直径一定时波纹高度对温度边界层厚度影响效果显著。
　　对波纹板与定位板放置呈不同夹角的流动通道进行数值模拟,发现随着放置夹角的增大,传热元件整体的对流放热系数及阻力压降均呈上升趋势,且在夹角达到60°以后上升趋势显著。随夹角的增大,阻力压降增加速率远大于对流放热系数增加速率。为达到最佳经济性能,应综合考虑两者动态平衡,得出最佳放置夹角。
　　对三种不同定位板结构的传热元件进行数值模拟发现,带波纹结构定位板与波纹板配合的DU3c板型表现出极佳的换热性能,其内部流场分布均匀,无明显高速气流区域,空气间充分扰动,强化了对流传热效果;采用两块相同结构的带波纹定位板交错放置的DNc板型虽然几何结构复杂,但传热性能低于DU3c板型,且阻力压降最高。常规定位板与波纹板配合的NU板型因其结构简单,阻力压降最小,有着良好的低阻性能,但因其通道内部结构简单,出现高速气流区,流场内部扰动不强,整体传热性能最差。同时,对三种板型进行热态实验得出三种板型的传热特性曲线并与数值模拟结论对比,实验结果与数值模拟结果趋势相同证明了以上结论的正确性。

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作者
宋治璐;
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作者单位

上海交通大学;

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授予单位上海交通大学;
学科热能工程
授予学位硕士
导师姓名王恩禄;
年度 2013
页码
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原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类 TK223.34;
关键词
回转式空气预热器; 传热元件; 阻力性能; 数值模拟;

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