板式换热器传热与流动分析

　　板式换热器是一种高效、紧凑的换热设备。与其他换热器相比具有传热系数高、结构紧凑、易拆洗等优点，但也存在流动阻力大、承压能力低等缺点。寻求换热性能与流动阻力的更加匹配一直是板式换热器优化与改进的主要方向。但是换热器的流道形状复杂，叠放方式多种多样，长期以来，对其研究只停留在实验和经验基础上，缺乏预见性。

　　采用数值模拟的方法对人字形板式换热器进行了数值模拟研究，并在此基础上提出了一种全新的网流型换热板片-波浪板，使换热器的换热特性与流动阻力获得了更好的匹配。 针对传统换热器的内部结构特点，采用数值模拟的方法研究板式换热器通道内的换热与流动特性。

　　通过对三种湍流模型：标准k—ε模型、带旋流修正(Rea)的k-ε模型、RNG k—ε模型，进行数值计算对比，发现RNG k—ε模型对于板式换热器内的复杂流动和换热特点，具有相对较高的准确度。以上模拟结果与前人所做的实验数据进行了分析对比，验证了模型的可靠性。

　　在此基础上建立了板式换热器通道内流动和换热的数值计算模型，采用非结构化网格，对β为30°～80°，波高为3mm～6mm及波距为10mm～25mm的人字形板片在不同速度下的换热和阻力特性进行了数值计算，模拟得到了板式换热器槽道内三维的速度场、压力场和温度场，综合分析了波纹角度、波高及波距对换热与流动特性的影响，并对换热板片的参数进行了对比优化。在进行大量数值计算的基础上，综合所有影响板片换热与流动特性的因素，拟合得到人字形板式换热器的综合准则关系式：Nu=0.21Re~(0.66)Pr~(1/3)(1/d_e)~(-0.19)(πβ/180)~(0.05)(μ_f/μ_w)~(0.14)，Re在3000～30000范围内，该式与文献中的实验结果相近。以上工作将对人字形板式换热器的进一步优化和改进提供指导性意义。 基于传统板式换热器存在的阻力损失大的问题，本文提出了一种全新的网流型换热板片一波浪板。通过对β为30°～80°的波浪板进行模拟对比，得到β为30°时候的波浪板片换热效率最好。并在对计算数据对比和分析的基础上，拟合得到了β=30°、β=40°、β=60°三种波浪形板式换热器的换热准则关系式。综合各个角度的影响，初步拟合出了包括角度参数影响的Re在4500～25000范围。