作为一种高效的换热设备,板式换热器在节能减排方面具有重要的价值。随着热交换技术的不断发展、能源不足以及环境恶化的威胁,在面对更高效、更节能、更环保的要求时,新型板式换热器的设计与研发势在必行。本文在凹坑结构板片的基础上研制了一种新型板式换热器—连续圆形凹凸波点型板式换热器,并对其性能与气液两相流动可视化现象进行了研究与分析。(1)通过数值仿真分析了几何结构对新型板式换热器性能的影响,得出当新型板片的波点直径为3.5mm,波点深度为1.5mm,波点倾角为50°时,新型板式换热器具有较好的流动及换热性能。同时,通过对新型和人字形板式换热器进行仿真对比,发现新型板式换热器具有更优的流动与换热性能。(2)根据仿真结果研制出一套新型板式换热器。通过试验检测,对比了新型和常用人字形板式换热器的热工性能与阻力特性。在同一条件下,新型板式换热器的总换热系数K高出人字形20%,平均压降低于人字形板式换热器。(3)新型板式换热器内的流动机理可为板片的优化提供理论指导和设计依据。本文通过新型板式换热器板间的流动可视化来研究其流动机理。首先根据研制的板片结构在高透明度的亚克力板上加工出全尺寸的透明板片。然后设计透明板片的夹装工具,搭建了新型板式换热器的可视化实验系统。最后使用高速摄像机拍摄新型透明板间的流动状况,并进行流动分析。(4)通过观察整个流道内气液两相的流动分布特征,发现受重力与进出口位置的影响,气泡会浮于流道的上方,且气泡数量随着流速与含气率的增加而增多。通过对流道局部区域的观察,发现最大直径小于波点直径的气泡占大部分,其运动基本不受阻碍,有助于板式换热器换热性能的提高;最大直径大于或等于波点直径的气泡数量较少,其运动过程中会阻塞流道,造成板间流动阻力增大,影响换热效率。此外,拟合了雷诺数Re与气泡平均直径的关系,发现随着Re的增大,气泡的平均直径逐渐减小。最后发现了气泡的融合与旋涡现象。气泡的融合主要出现在不等大气泡之间,并且会对整个体系的传热、传质特性产生影响。旋涡现象会阻碍流体的正常流动,对换热不利。