哈雷釬焊板式換熱器
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                板式間接蒸發冷卻換熱器的層流特性研究

                點擊:1833 日期:[ 2014-04-26 22:31:55 ]
                摘要:間接蒸發冷卻換熱器與傳統空調相比具有環保與節能的優點。由于蒸發冷卻過程的傳熱傳質機理復雜,本文針對板式間接蒸發冷卻換熱器,建立了三維穩態傳熱傳質數學模型,并確定了合適的邊界條件。通過數值模擬得到了壓力場、溫度場和濃度場的分布,并討論了通道間距、速度、溫度以及相對濕度等因素對換熱效果的影響,為間接蒸發冷卻換熱器的設計提供了理論指導。    關鍵詞:間接蒸發冷卻;傳熱傳質;數值模擬     前 言     隨著社會的發展,人們對現代生活及工作環境的要求不斷提高,空調的使用已經非常普及。目前我國的許多高樓大廈、公共建筑仍廣泛采用機械制冷空調系統,然而能源的日益緊張、全球氣溫變暖以及 CFC 使用的限制,使得機械式或吸收式制冷的發展受到限制。如何實現低能耗、無污染的制冷技術,特別是盡量從自然環境直接取得冷量,成為一個非常重要的課題。蒸發冷卻空調具有能效比高、新風量大、節能、改善室內空氣品質的優點,而間接蒸發冷卻可在不增加含濕量的同時降低一次空氣的溫度,有著非常廣泛的應用前景 。由于間接蒸發冷卻是一個同時存在流動、傳熱和傳質等多個傳遞過程耦合并相互交叉影響的不可逆熱力過程,為此,人們開展了大量的研究工作。Pescod 實驗探索了交叉流動板式換熱器(換熱板有平板和帶凸出物的板片兩種)干工況下換熱與流動阻力系數的規律,總結提出了相應的準則計算公式,濕工況參數由類比得到Maclaine-Cross 等3用平均溫度的方法分析了板式換熱器單個通道的傳熱情況,郭新川等4 采用有限差分法對間接蒸發冷卻換熱器的性能和影響因素進行了大量的研究。Lee 等5采用 CFD 方法探討了等溫和等熱流密度邊界條件下管內降膜蒸發冷卻。任承欽等 用 CFD 方法實現了三維層流的數值模擬。本文采用 CFD 方法,對板式間接蒸發冷卻換熱器進行模型分析,以便更好了解狹窄矩形通道內的傳熱傳質過程,并研究換熱器性能和影響因素。     數學模型     問題的描述     本文研究的板式間接蒸發冷卻換熱器的結構示意圖如圖 1 (a) 所示,由換熱板隔成互不相通的兩組通道(即一次空氣通道和二次空氣通道),封條使工作流體與外界隔開并固定換熱板的間距。在換熱器內,一、二次空氣在通道內交錯流動,圖中箭頭代表空氣流動方向。二次空氣通道內由于噴嘴噴入一定量的水而形成一層薄薄的水膜,二次空氣與水膜之間有溫度差引起的顯熱交換和水蒸汽分壓力差引起的質交換,而一次空氣僅有顯熱交換。     由于水膜蒸發時會吸收汽化潛熱,傳熱機理較為復雜,為了建立模擬對象的數學模型,作如下的假設:     (1)穩態,流體不可壓縮,由于通道間距比較小,當量直徑較小,雷諾數 < 2 000,流動狀態為層流;     (2)忽略粘性耗散熱效應及浮升力的影響;     (3)忽略水膜厚度和熱阻,水膜表面的溫度即為換熱板表面的溫度,水膜水蒸汽質量分數表述為水膜溫度下的飽和水蒸汽質量分數;     (4)壁面潤濕率為 1;(5)由于一、二次空氣通道相間周期性布置,故假 設為完全周期性的變化規律,僅模擬兩個相鄰的一、二次空氣通道的一半;    (6)換熱器本身與周圍環境沒有任何熱、質交換;    (7)不考慮一次空氣通道存在冷凝情況。
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