四股流板翅式换热器的模型算法和串级控制

提出了一种对四股流板翅式换热器的出口温度进行控制的方案,即模型算法和串级控制,并进行了计算机仿真,获得了较为满意的仿真结果。     

板翅式换热器物流分配特性的实验研究

实验研究了板翅式换热器封头结构对物流分配特性的影响，研究结果表明，不合理的封头结构造成板翅式换热器内部物流分配极不均匀，封头结构和雷诺数是影响板翅式换热器物流分配的主要因素。首次提出了二次封头结构，定义了当量截面积和当量截面直径来描述封头结构特征。实验结果表明，通过改变封头的结构，可以有效地改善换热器内部的物流分配；封头结构对物流分配不均匀性的影响主要表现在出口截面的横向方向上，而对纵向方向上的物流分配不均匀性的影响较小。得到了不同封头结构的物流分配不均匀特性与雷诺数之间的关系式。     

板翅式换热器两相流分配特性及实验研究

通过对板翅式换热器两相流分配特性的研究，从理论上分析了不均匀分配的影响因素，实验采用经过静态混合器与不经过静态混合器两种型式。结论是：板翅式换热器内部存在不均匀性；流型对两相流分配有一定影响；数值计算与实验值基本吻合。     

两相流板翅式换热器入口分配特性的实验研究

实验研究了板翅式换热器入口两相流分配不均匀性问题．结果表明：两相流在换热器入口截面上的分配不均匀主要体现在液相上，其中又以横向不均匀为主；气体雷诺数及干度对两相流的分配特性有很大的影响；对于整个横截面上的二维分布情况，气相与液相的分配不均匀度均随着气体雷诺数的增大而增大，液相的不均匀度随着干度的增大而增大，气相的不均匀度随着千度的增大而减小；气体雷诺数的变化主要影响液相在横向上的分配特性，干度的变化主要影响液相在纵向上的分配特性．     

一种计算板翅式换热器二次表面换热的新模型

通过建立动量方程和能量控制方程得到了一种确定板翅式换热器二次表面换热性能的新方法，并且在控制方程的基础上，得到了一个表示板翅式换热器翅片传热性能的无量纲量ξ采用有限容积法解控制方程的结果表明，二次表面的效率随着ξ的增加而增大．通过使用新模型和传统计算方法对比计算表明，在ξ较大的情况下用传统方法计算出的努赛尔数有很好的精度，在ξ较小时传统方法的计算值偏高．随着ξ的减小，传统方法计算值的偏差会增大．与传统的计算方法相比较，新方法更加合理、更加科学．     

多股流换热器传递函数系数的理论确定方法

用数值模拟方法对一四股流板翅式换热器分别施加流量、进口温度的阶跃变化,获得其出口温度动态的响应曲线;用理论方法研究了其传染函数的系数,从而得到了四股流换热器的传递函数,并对其结果进行了分析,所得的四股流板翅式换热器的传递函数系数炎其自动控制试验提供了理论依据。     

板翅式换热器封头内部流场的测量与改进研究

利用粒子图像测速仪（PIV），对板翅式换热器封头结构改进前、后的流场进行了可视化研究分析．实验结果表明，原始封头内部的物流分配存在严重的不均匀性，采用添加打孔挡板之后的改进型封头，流场的不均匀性有了很大的改善．从实验对比分析中得出，当挡板小孔呈错排分布、开孔率沿挡板的中轴线向两侧逐渐增加、且总开孔率达到509／6左右的时候，在相同的入口条件下，不均匀系数由原始封头的1．210降至0．209，最大流速与最小流速之比由23．163降至1．756．此研究结果对于板翅式换热器的优化设计具有重要意义．     

二次封头结构板翅式换热器出口温度分布的实验研究

在对板翅式换热器内部物流分配不均匀研究的基础上，进一步研究了不同工况下二次封头结构换热器出口温度分布的规律．实验结果表明：随着Re的增大，换热器出口温度分布与流量分配趋势相一致，会越来越不均匀；较大的传热温差也会增加温度分布的不均匀性．通过比较二次封头和普通封头换热器截面温度分布情况发现：二次封头结构明显地改善了换热器出口截面温度分布，尤其在大RP下，温度分布不均匀性的改善效果更加显著，同时换热效能可增加7％左右．     

场协同下板翅式换热器效率的研究

在对板翅式换热器的传热与流动进行分析的基础上,对Prasad的模型进行了改进,通过数值计算得到了温度场分布.在错流情况下与试验结果进行了比较,二者比较相符.利用场协同原理,研究了不同的流道布置下板翅式换热器的温差均匀性因子,结果表明:不同的流体组织结构的变化,使得换热器的速度场和温差场的协同性不同,直接带来温差均匀性因子不同,从而导致换热器的换热性能的改善或恶化.     

板翅式换热器入口结构内流场的数值模拟

利用PIV粒子图像测速仪和CFD数值模拟的方法,对板翅式换热器入口结构改进前后的流场进行实验测量和数值计算,获得入口结构内部不同剖面处的流场分布图,发现了流场的流动与分布规律,由于原始入口结构的不合理导致漩涡、回流等现象存在,使得其内部轴向以及径向的物流分配极不均匀．而对于在入口结构1／2高度处添加开孔分流板的改进型结构,不仅在换热器入口结构长度方向（z方向）上,而且在所测截面的y方向,物流分配的均匀性有了很大改善,流场分布更加合理．而且,实验结果和数值模拟结果相符合.     

板翅式换热器导流片空气流场分布数值计算及实验验证

建立了板翅式换热器内导流片空气流场分布的非线性方程组模型．壁面摩擦和从小孔溢流导致压力在导流片内非恒定，流量沿流动方向变化．采用最速下降法解上述非线性方程组．数值计算表明，出口截面流量分布与实验结果基本相符，为导流片分配特性计算提供了可靠的理论依据和手段，可用于工业设计     

板翅式换热器不同结构导流片导流性能的研究

分析了不同结构导流片对板翅式换热器内部物流分配不均匀性的影响,通过改变导流片的内部结构,对其导流性能进行了研究.研究结果表明,板翅式换热器内部存在着物流分配的不均匀性,影响导流片导流性能的主要因素包括导流片的导流角度、雷诺数等,在导流角度为45°、导流片结构参数在0.1～0.2之间时,存在着最佳导流片结构参数值.通过改变导流片的结构参数可有效地改善换热器内部的物流分配,尤其是可很好地改善换热器的横向物流分配.研究结论对板翅式换热器的优化设计具有重要意义.     

轴向导热对板翅式换热器传热性能的影响

为了降低轴向导热对板翅式换热器传热性能的影响,利用计算流体力学软件Fluent,分别计算了考虑轴向导热模型和不考虑轴向导热模型的换热因子,引入无量纲参数传热恶化率(η)来评价轴向导热对板翅式换热器传热性能的影响程度,讨论了流体工况下翅片类型(平直翅片和锯齿翅片)、翅片结构、流体种类、翅片材料等因素对η的影响。计算结果表明,轴向导热对板翅式换热器传热性能的影响程度较大,流体工况下翅片类型、流体种类、翅片结构、翅片材料等因素对η均有所影响。其中,对于不同流体工况,当Re小于等于600时,η较大,此时在翅片的设计和选型时需要考虑轴向导热对其传热性能的影响;对于不同的翅片类型,在Re小于等于600时,锯齿型翅片的η低于平直翅片;对于不同翅片结构,无量纲参数β为70、翅片密度为4.1的此类平直翅片的η最大,在翅片选型时应尽量少选此类平直翅片;对于低温流体,Pr越大,其η越大;对于不同翅片材料,在综合考虑强化换热和减小轴向导热影响两方面因素下,并非高导热系数材料的传热性能最佳,而是在不同Re下,最大换热因子均对应一个最佳的导热系数。     

板翅式换热器动态特性的试验研究

建立了可进行两股及多股流换热器动态特性试验研究的装置．对一．个两股流板翅式换热器施加流量按阶跃变化、进口温度按指数函数变化的时间域扰动信号，进行了动态试验．得到了换热器动态模型对流量扰动可接线性建模的扰动范围，确定了各股流体对进口温度扰动的响应延滞时间的计算公式．对换热器进行了一系列的动态特性测试，并获得其动态响应过程曲线．试验工况的传热单元数范围为０．６～３，雷诺数为２００～２０００，普朗特数为２～７．试验数据为建立完善的理论模型提供了可对比的依据．     

三股流高温紧凑板翅式换热器的性能分析

建立了三股流紧凑板翅式换热器的动态数学模型.在分布集总参数方法和容阻特性建模技术的基础上,建立了该紧凑板翅式换热器的仿真模型.所建模型详细考虑了流体物性沿换热器长度方向上的变化,能满足系统快速动态仿真的需要,并能反映分布参数特性.稳态特性表明,沿长度方向流体的密度、速度和热传导率变化幅度较大,比热容变化较小;动态特性表明,该换热器具有一定的惯性延迟时间,这将为控制系统的设计和优化提供参考.     

板翅式换热器平直型翅片的对流传热数值模拟研究

本文通过数值模拟的方法研究了平直型翅片的板翅式换热器的对流换热性能,最后得出了三种不同翅片高度和三种不同翅片截距的翅片的平均Nu数和压降随Re数变化的曲线。     

板翅式换热器物流分配对天然气液化性能的影响

板翅式换热器入口物流分配不均是造成换热效能降低的主要因素之一,对天然气液化装置稳定和高效的运行产生不利的影响。针对氮气膨胀和混合制冷剂两种天然气液化工艺,分别研究原料气、氮气制冷剂和混合制冷剂物流分配不均对换热器参数和液化工艺性能的影响,得到换热器入口物流分配不均匀度STD(standard deviation,均方差)的临界值,为换热器的选型和天然气液化工艺的设计提供依据。结果表明:相同STD值下,天然气液化性能受不同物流分配不均影响程度大小依次为氮气制冷剂、混合制冷剂和原料气;倾斜严重影响混合制冷剂的分配及换热效果,倾斜角度由0°增加至20°时,液相STD值由1.3增至3.9,天然气液化率从92.8%降至69.4%;为满足天然气液化率在90%以上,原料气、氮气制冷剂及混合制冷剂物流分配的临界STD值分别为8.3、2.8、4.5(液相),混合制冷剂倾斜工况临界STD值为1.5(液相),对应倾斜角度为1.6°。     

板翅式换热器封条质量对瞬变法配比的影响及其修正

当换热面试件中带有封条或其他必须考虑横向导热效应的材料时,这部分材料的质量是否要计入换热面介质的质量,计入多少,将对现有的瞬变传热试验配比结果产生较显著的影响。本文求得了封条质量修正系数的近似分析解,并给出了修正系数图,可以准确、方便地得到参与换热、需要计入换热面质量的那部分封条质量的份额。对封条质量影响进行实验研究的结果表明,这一封条质量修正的计算方法是可靠的。     

板翅式换热器锯齿型翅片参数的遗传算法优化研究

针对目前锯齿型板翅式换热器未能同时优化多参数,或者大多优化研究存在对经验关联式依赖的问题,提出了利用Kriging响应面来近似目标函数与设计变量之间的关系、应用遗传算法对锯齿型板翅式换热器翅片结构参数的优化方法。在维持翅片通道雷诺数为800时,把换热器的最大j因子、最小f因子和最大F_(TEF)因子作为3个单目标函数,对翅片的翅片高度h、翅片间距s、翅片厚度t和翅片节距l进行了优化研究。研究结果表明:翅片高度h与翅片间距s对换热器综合性能F_(TEF)因子呈正增长,而翅片厚度t和翅片节距l呈负增长;在翅片高度为9.5mm、翅片间距为2.2mm、翅片厚度为0.1mm和翅片节距为3mm时,换热器性能最佳;结合Kriging响应面的遗传算法克服了传统优化方法对经验关联式的依赖。该研究结果可以指导锯齿型板翅式换热器的优化设计。     

板翅式换热器热通道结霜过程的数值模拟

为了研究板翅式换热器热通道在不同工况下的霜层生长规律以及霜层对板翅式换热器的影响,建立了基于Lewis传热传质类比理论的结霜模型,并将该模型与板翅式换热器非稳态传热模型相结合。首先借助平板结霜可视化观测实验台验证了该模型的准确性,然后主要计算对比了湿空气进口流速分别为0.8、1.2、2 m/s,相对湿度分别为60%、70%、80%时换热器热通道结霜量的大小,以及结霜起点位置的变化。结果表明:空气流速越大,霜层增长的速率越大,结霜区域越小;空气相对湿度越大,霜层增长的速率越大,结霜区域越大。并且,随着霜层厚度增长通道压降持续增大,板翅式换热效率持续下降,当热通道内霜层平均厚度累积到1.5 mm时换热器效率下降约10%。