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冷卻器是一種高效、緊湊的換熱設(shè)備。與其他換熱器相比具有傳熱系數(shù)高、結(jié)構(gòu)緊湊、易拆洗等優(yōu)點(diǎn)，但也存在流動(dòng)阻力大、承壓能力低等缺點(diǎn)。尋求換熱性能與流動(dòng)阻力的更加匹配一直是冷卻器優(yōu)化與改進(jìn)的主要方向。但是換熱器的流道形狀復(fù)雜，疊放方式多種多樣，長(zhǎng)期以來(lái)，對(duì)其研究只停留在實(shí)驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，缺乏預(yù)見(jiàn)性。
采用數(shù)值模擬的方法對(duì)人字形冷卻器進(jìn)行了數(shù)值模擬研究，并在此基礎(chǔ)上提出了一種全新的網(wǎng)流型換熱板片-波浪板，使換熱器的換熱特性與流動(dòng)阻力獲得了更好的匹配。 針對(duì)傳統(tǒng)換熱器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采用數(shù)值模擬的方法研究冷卻器通道內(nèi)的換熱與流動(dòng)特性。
通過(guò)對(duì)三種湍流模型：標(biāo)準(zhǔn)k—ε模型、帶旋流修正(Rea)的k-ε模型、RNG k—ε模型，進(jìn)行數(shù)值計(jì)算對(duì)比，發(fā)現(xiàn)RNG k—ε模型對(duì)于冷卻器內(nèi)的復(fù)雜流動(dòng)和換熱特點(diǎn)，具有相對(duì)較高的準(zhǔn)確度。以上模擬結(jié)果與前人所做的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析對(duì)比，驗(yàn)證了模型的可靠性。
在此基礎(chǔ)上建立了冷卻器通道內(nèi)流動(dòng)和換熱的數(shù)值計(jì)算模型，采用非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，對(duì)β為30°～80°，波高為3mm～6mm及波距為10mm～25mm的人字形板片在不同速度下的換熱和阻力特性進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算，模擬得到了冷卻器槽道內(nèi)三維的速度場(chǎng)、壓力場(chǎng)和溫度場(chǎng)，綜合分析了波紋角度、波高及波距對(duì)換熱與流動(dòng)特性的影響，并對(duì)換熱板片的參數(shù)進(jìn)行了對(duì)比優(yōu)化。在進(jìn)行大量數(shù)值計(jì)算的基礎(chǔ)上，綜合所有影響板片換熱與流動(dòng)特性的因素，擬合得到人字形冷卻器的綜合準(zhǔn)則關(guān)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范圍內(nèi)，該式與文獻(xiàn)中的實(shí)驗(yàn)結(jié)果相近。以上工作將對(duì)人字形冷卻器的進(jìn)一步優(yōu)化和改進(jìn)提供指導(dǎo)性意義。 基于傳統(tǒng)冷卻器存在的阻力損失大的問(wèn)題，本文提出了一種全新的網(wǎng)流型換熱板片一波浪板。通過(guò)對(duì)β為30°～80°的波浪板進(jìn)行模擬對(duì)比，得到β為30°時(shí)候的波浪板片換熱效率最好。并在對(duì)計(jì)算數(shù)據(jù)對(duì)比和分析的基礎(chǔ)上，擬合得到了β=30°、β=40°、β=60°三種波浪形冷卻器的換熱準(zhǔn)則關(guān)系式。綜合各個(gè)角度的影響，初步擬合出了包括角度參數(shù)影響的Re在4500～25000范圍。
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