王二龍

摘要：文章通過研究三角形凸臺(tái)全傳接板式換熱器的換熱性能及阻力性能探究了板式換熱器性能的數(shù)值模擬方法，文章具有一定的實(shí)用性和參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：板式；換熱器；數(shù)值模擬

板式換熱器已經(jīng)成為了各行業(yè)最重要的換熱元件之一，其性能要求相對(duì)較高。為了進(jìn)一步對(duì)其研究，有必要從數(shù)值模擬方面入手探究其性能的高效性與可靠性。

1 換熱器的數(shù)值計(jì)算模型

1.1 物理模型

文中用于計(jì)算分析的模型為某三角形凸臺(tái)板式換熱器的一部分主換熱區(qū)。為了對(duì)不同凸臺(tái)傾角及間距幾何參數(shù)所具有的換熱性能與阻力性能的影響，其換熱板片參數(shù)的設(shè)置情況如下表。

1.2 數(shù)學(xué)模型

為了進(jìn)行數(shù)字模擬現(xiàn)對(duì)該模型做以下基本假設(shè)：

（1）文中涉及的流體介質(zhì)均為連續(xù)介質(zhì)，為此，文中采用無滑移的NavierStokes（NS）方程對(duì)流場(chǎng)進(jìn)行求解；

（2）文中所模擬的流動(dòng)均為定常流動(dòng)，計(jì)算時(shí)不計(jì)重力與浮升力；

（3）文中介質(zhì)所進(jìn)行的流動(dòng)均屬于低速流動(dòng)，流體流動(dòng)因?yàn)檎承宰饔卯a(chǎn)生的耗散熱效應(yīng)都忽略不計(jì)；

（4）因?yàn)槲闹兴婕暗牧黧w流速都偏低，而且流體介質(zhì)都屬于不可壓縮粘性流體，因此，可以不計(jì)壓力以及溫度給流體介質(zhì)比熱容及其粘性系數(shù)所產(chǎn)生的影響，基于以上分析，可以把通道中的流體介質(zhì)設(shè)置為常物性；

（5）計(jì)算時(shí)，將入口流量在各層流面中的不均勻分布忽略，為此，文中認(rèn)為進(jìn)口來流均勾。

計(jì)算保證能量、動(dòng)量以及質(zhì)量守恒，式1、式2、式3為計(jì)算控制方程。

uxx+uyy+uzz=0（1）

uxuix+uyuiy+uzuiz=-1ρρxi+v2uix2+2uiy2+2uiz2（2）

uxtx+uyty+u2tz=a2tx2+2ty2+2tz2（3）

以上三式中，ux、uy、uz、ui：分別為x、y、z、i方向的流動(dòng)速度分量，V為運(yùn)動(dòng)粘度，t為時(shí)間。

2 邊界條件

在進(jìn)行數(shù)值模擬的過程中，介質(zhì)的入口邊界設(shè)置為：速度進(jìn)口，其進(jìn)口溫度設(shè)置為：350K。進(jìn)口邊界的湍流狀態(tài)則通過設(shè)定湍動(dòng)能以及湍動(dòng)能耗散率進(jìn)行確定。對(duì)于出口而言，其邊界條件設(shè)置為：壓力出口，其中，選定的壓力值為一個(gè)大氣壓。壁面溫度恒定，速度無滑移。

3 仿真與結(jié)果分析

本文計(jì)算采用三維穩(wěn)態(tài)進(jìn)行模擬，采用分離隱式進(jìn)行計(jì)算求解。模擬選用SIMPLEC算法，對(duì)于湍流參數(shù)、動(dòng)量以及能量的求解均選用二階迎風(fēng)差分格式。從圖中不難看出，三角形凸臺(tái)板式換熱器內(nèi)的介質(zhì)的流動(dòng)變化規(guī)律和人字形波紋板換熱器內(nèi)的流動(dòng)規(guī)律雷同各傾角下都會(huì)發(fā)生 “十字交叉流”向“曲折流”的轉(zhuǎn)變。

下圖為不同間距下三角形凸臺(tái)板片中流道的速度場(chǎng)矢量圖。從圖中不難看出，板間流動(dòng)主要呈現(xiàn)“十字交叉流”狀態(tài)，同時(shí)也存在小部分的“曲折流”。

（a）b=10.5mm（b）b=15mm

（c）b=20mm（d）b=25mm

（e）b=30mm

不同間距下三角形凸臺(tái)板片中流道的速度場(chǎng)矢量圖

4 結(jié)語(yǔ)

采用數(shù)值模擬手段對(duì)板式換熱器性能的研究意義重大，其必將成為換熱器發(fā)展的重要方向。

參考文獻(xiàn)：

[1]杜文靜，王飛，王坤，等.正六邊形球面助板式換熱器優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].工程熱物理學(xué)報(bào)，2012，33（011）：19401943.

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