板式换热器性能的数值模拟

徐志明, 王月明, 张仲彬

(东北电力大学 能源与动力工程学院,吉林 132012)

板式换热器(PHE)具有新型、高效及紧凑等特点,近几十年得到了广泛的应用和发展.目前研究的板式传热器的性能主要体现在传热特性和压降两个方面,目的是提高传热效果和降低压降[1].Flavio等[2]通过数值模拟和试验两种方法对由平板构成的换热器进行了传热特性的研究,并描绘了流道内的温度场和速度场.Carla等[3]等运用数值模拟软件Fluent模拟了1/2人字形波纹区域流道内牛奶的流动与传热特性,认为在波纹接触点处的传热效果最好.崔立祺[4]对人字形波纹板式换热器的主流区进行了计算和分析,并利用计算结果拟合了各几何参数与努塞尔数、压力降之间的关系曲线.

本文根据BR0.015F型人字形板式换热器的实际结构尺寸建立了完整的几何模型.采用标准k-ε的RNG湍流模型进行了模拟计算,冷热流道采用相等流速,并通过计算得到板式换热器进、出口的压降和温差,然后用试验测量结果验证模拟计算结果的准确性.

1 换热器的数值计算模型

1.1 物理模型

研究对象为BR0.015F型人字形板式换热器,其特征参数列于表1.板片的材料为304不锈钢[5],比热容 c=6.44×102J/(kg◦K),密度 ρ=7 600 kg/m3,导热系数 λ=644 W/(m◦K).图1为冷热双流道流动与传热计算模型.从图1可知:冷热流体单边逆向[6]流动,上侧流道为热流体,A端流入,B端流出;下侧流道为冷流体,C端流入,D端流出.

1.2 相关假设

由于研究的传热问题没有相变,流道内的温差较小,故进行如下假设:①流动各……