【摘 要】
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板翅式换热器具有重量轻、体积小、结构紧凑、传热效率高等优点,被广泛应用于航天、化工、制冷等行业。为了研制出更加高效的板翅式换热器,本文采用数值模拟及仿真计算的方法对锯齿形板翅式换热器的性能影响因素及流阻优化方法进行深入研究。在建立锯齿形板翅式换热器三维模型的基础上,使用FLUENT软件对其进行仿真分析,并使用Origin软件对所得数据进行处理,采用单一变量法分别对比翅片厚度、翅片间距和翅片高度这三
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板翅式换热器具有重量轻、体积小、结构紧凑、传热效率高等优点,被广泛应用于航天、化工、制冷等行业。为了研制出更加高效的板翅式换热器,本文采用数值模拟及仿真计算的方法对锯齿形板翅式换热器的性能影响因素及流阻优化方法进行深入研究。在建立锯齿形板翅式换热器三维模型的基础上,使用FLUENT软件对其进行仿真分析,并使用Origin软件对所得数据进行处理,采用单一变量法分别对比翅片厚度、翅片间距和翅片高度这三种不同结构参数下板翅式换热器的换热性能和流动特性;并基于结构优化之后的换热器模型,研究泡沫金属对板翅式换热器性能的影响。本文主要的研究内容如下:(1)通过精读大量国内外板翅式换热器研究的相关文章,对板翅式换热器的传热模型进行总结和分析,并阐述支持本文研究的基本理论,包括板翅式换热器传热的基本原理、计算流体力学(CFD)研究方法的基本内容等。(2)运用Solid Works软件建立锯齿形板翅式换热器模型,在ICEM软件中对其进行网格划分之后,在验证网格无关性与仿真模型可行性基础上使用FLUENT软件对其进行数值模拟与仿真计算,确保本文所建板翅式换热器模型与数值模拟计算过程的可靠性和准确性。(3)研究锯齿形翅片的结构参数对换热器换热性能的影响。在所建板翅式换热器模型的基础上,再分别合理选取五组不同的翅片厚度、翅片间距和翅片高度,采用单一变量法原则,通过数值模拟计算得出努塞尔数Nu、阻力系数f和翅片综合评价指标e随雷诺数Re的变化趋势。分析可知:在本文所选取的翅片结构参数内,翅片厚度为1mm、翅片高度为48mm且翅片间距为18mm时的翅片综合性能最好。(4)基于结构优化之后的锯齿形板翅式换热器模型,研究泡沫金属对其换热性能的影响。通过研究泡沫金属换热器内部的温度场、速度场和压力场,并协同边界层理论,探究流体流动对换热的影响。通过努塞尔数Nu、阻力系数f和翅片综合评价指标e对比分析铝合金和泡沫金属两种不同材质板翅式换热器的换热性能可知,对于本文所研究的换热器模型,泡沫金属板翅式换热器的性能更优。
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