第7章傳熱學板類傳熱面強化

第七章板類傳熱面的強化傳熱7.1板式換熱器可拆式板式換熱器可清洗密封性差焊接式板式換熱器分全焊和半焊釬焊板式換熱器尺寸較小2024/3/11波紋板傳熱面可以從場協(xié)同原理的三方面同時強化傳熱。世界上第一臺板式換熱器。2024/3/12可拆式板式換熱器2024/3/13全焊接式板式換熱器2024/3/142024/3/15激光焊接板式換熱器2024/3/16半可拆式板式換熱器2024/3/17釬焊板式換熱器結(jié)構(gòu)2024/3/18板片正面2024/3/19釬焊板式換熱器2024/3/110波紋板的網(wǎng)流通道2024/3/1117.2板翅式換熱器與分形鋸齒翅片7.2.1板翅式換熱器結(jié)構(gòu)板翅式換熱器由芯體、封頭和接管組成。板翅式換熱器芯體由隔板、封條和翅片組成，翅片不僅對流體產(chǎn)生擾動，擴展了隔板的傳熱面積，而且對隔板形成支撐定距作用。板翅式換熱器因其結(jié)構(gòu)緊湊、輕巧、傳熱效率高的特點被認為是最有發(fā)展前途的新型熱交換設(shè)備之一。2024/3/112板翅式換熱器2024/3/113板翅式換熱器2024/3/114翅片形式2024/3/115鋸齒翅片鋸齒型翅片（off-setfin）是一種傳熱效果較好，對流體介質(zhì)的適應性較寬，且承壓性能優(yōu)良的翅片。百頁窗翅片2024/3/116微型燃氣輪機回熱器，只有一次傳熱面。耐高溫的不銹鋼材料導熱系數(shù)較低，不適合做翅片（二次表面）。2024/3/117翅片焊接在扁平管上，汽車用散熱器扁平管通常是多孔管，能耐壓。2024/3/1182024/3/119板翅式換熱器的優(yōu)勢與局限一般緊湊度β≥700m2/m3稱為緊湊換熱器。板翅式換熱器的緊湊度通常在1000~6000m2/m3。2024/3/1202024/3/1212024/3/122幾種分形圖案2024/3/123鋸齒翅片(off-setfin)鋸齒型翅片（off-setfin）是一種傳熱效果較好，對流體介質(zhì)的適應性較寬，且承壓性能優(yōu)良的翅片。

2024/3/124不同階數(shù)的分形鋸齒翅片2024/3/125分形鋸齒翅片雙尺度鋸齒翅片2024/3/126分形翅片強化對流傳熱分形鋸齒翅片低階大尺度的偏移保證了在流動過程主流流體和近壁滯止流體“角色”不斷轉(zhuǎn)換；而高階小尺度的偏移量由于與流體邊界層厚度的數(shù)量級相近，從壁面另一側(cè)來的流體將可能在分段處孔口深入這一側(cè)邊界層內(nèi)部，這對于邊界層流體的擾動和更新會起到重要作用，可在流動阻力增加不多的條件下產(chǎn)生較大強化傳熱作用，這是普通鋸齒翅片所不具備的。流體在分形鋸齒翅片通道中的分流和匯合

2024/3/127強化液膜過程的傳熱傳質(zhì)

小偏移量的分段孔口和水平溝槽有利于在張力和重力作用下，使噴淋液膜在傳熱表面良好分布和含蓄，延長逗留時間，不易發(fā)生干斑，這對于溴化鋰制冷機的蒸發(fā)器和吸收器都相當重要。此外溶液在分形鋸齒翅片表面降膜流動時會不斷反轉(zhuǎn)液膜，使?jié)舛雀摺囟鹊?，深藏在液膜?nèi)部的具有較強的吸收能力溶液翻轉(zhuǎn)到相界面上來吸收蒸汽，促使暴露的膜表面溶液不斷更新，維持較大的吸收勢差，使吸收能力增強。

2024/3/128板翅式換熱器風冷側(cè)數(shù)值模擬

計算域翅片結(jié)構(gòu)基本控制方程組

主流區(qū)：標準k-ε湍流模型近壁區(qū)：采用壁面函數(shù)法2024/3/129三維六面體單元幾何模型入口設(shè)定為速度邊界條件出口設(shè)定為壓力出口邊界條件翅片表面溫度二次曲線分布上下兩個界面設(shè)定為對稱面邊界條件

2024/3/130切片截面上的速度分布（單位m/s）

2024/3/131切片截面上的溫度分布（單位K）

2024/3/132翅片表面的溫度分布（單位K）

2024/3/133切片截面上的湍流強度分布

2024/3/134翅片表面上的湍流強度分布

2024/3/135翅片表面的換熱系數(shù)分布(單位W/m2·K)

2024/3/136翅片表面的壓力分布(單位Pa)

2024/3/1377.3板殼式換熱器板殼式換熱器由波紋板板束和殼體構(gòu)成，它是集板式換熱器傳熱效率高、結(jié)構(gòu)緊湊和管殼式換熱器適應面寬廣優(yōu)點于一身的新型換熱設(shè)備。傳熱面可以由帶2孔的或無孔的波紋板，也可由帶2孔的板翅式換熱器的芯體以及熱板等組成。2024/3/138板殼式溴化鋰吸收式制冷機2024/3/1397.3.1冷凝器用同向雙尺度波紋板對于凝結(jié)過程，小波紋更有利于減薄液膜，強化凝結(jié)側(cè)傳熱系數(shù)；但將影響板內(nèi)外流體的通流量。為此提出了能兼顧流通面積和強化傳熱效應的同向雙尺度波紋。2024/3/1407.3.2交叉雙尺度波紋板傳熱面

對于液膜傳熱傳質(zhì)過程，設(shè)計了交叉雙尺度波紋板。相鄰板片的大波紋的脊線互相頂靠，形成菱形空間，主要作為布膜液體和蒸氣進出傳熱面的通道，而溝槽呈水平方向的小波紋則起增強馬蘭格尼效應，使液膜分布均勻并防止液膜干涸的作用。2024/3/141Fig.3ThicknessofthefilmalongtheflowFig.3showsthatthefilmthicknessalongtheflowovertotalplatevarieswiththeperiodicityofthecorrugations;2024/3/142Fig.4DimensionlessvelocityUalongtheflow

Fig.4showsthatthedimensionlessvelocity

Uineachlayerofthefilmfluctuatescorrespondingly;2024/3/143Fig.5DimensionlessvelocityUatfirstpitch

Velocityvariesconsiderablyatthefirstcorrugationpitch,whichisdetailedinFig.5.

2024/3/144Fig.6TemperatureprofileinsolutionfilmFig.6showsthetemperatureprofileinsolutionfilm:Temperatureinouterlayerofthefilmishigherthanthatininnerlayer.reason:theplatewalliscooledbycoolingwater,whiletheliquidnearinterfaceisheatedbylatentheatofsteamabsorbedandthethermalresistanceexistsinthefilm.Temperaturegradientsatbothboundariesarehigherthanthatatthemediumlayer.2024/3/145Fig.7temperatureprofileinsolutionfilmatfirstpitchItcanalsobeseenthatthetemperaturevariesconsiderablyattheverybeginning,whichisdetailedinFig.7.2024/3/146Fig.8Concentrationprofilein

solutionfilmFig.8showstheconcentrationprofileinsolutionfilm,whichrevealsthatthereisverylittlechangeofconcentrationnearthe

wallalongtheflow,andtwonearthewallcurvesalmostcoincideeachother.Mostmasstransfertakesplaceintheouterlayerofthefilm.2024/3/147Fig10Sketchofabsorptiontestdeviceproper2024/3/148Fig11Sketchofaplatecouplewith2-scalecrosswisecorrugations(inpart)

2024/3/149Fig5heattransfercoefficientFig6masstransfercoefficientversussolutionsprinkleversussolutionsprinkle

2024/3/1507.4膜反轉(zhuǎn)吸收過程模擬對溴化鋰溶液降膜吸收過程表明，沿著液膜向下流動的方向，液膜外層溫度較高而溶液質(zhì)量分數(shù)逐步降低；液膜內(nèi)層則是溫度逐步降低而溶液質(zhì)量分數(shù)變化很小，即外層冷不下，內(nèi)層稀不了，此時若能將液膜反轉(zhuǎn)就可有效改善傳熱傳質(zhì)。2003年MdRIslam,etal.

提出了2種液膜反轉(zhuǎn)方案(如圖)，一種為板式，一種為管式。崔曉鈺等在之基礎(chǔ)上也提出了一種由矩形管組成的板式膜反轉(zhuǎn)降膜吸收器的方案。

2024/3/151液膜反轉(zhuǎn)Islam,etaldesignedfilminversionschemes

Onlyhalfofareaisusedtoconfigurefilminversionwfsfs:t↑,ξ↓

w:t↓,ξ-2024/3/152交叉雙尺度波紋板上的雙面液膜反轉(zhuǎn)bottomplatebundlesupperplatebundlesconjunctionguidersleftrightrightleftAfterinversion,coolerandricherLiBrsolutionfilmlayerexposestothesteam,whilebothsidesusedCombinedenhancement:

corrugation&

filminversion2024/3/153雙面液膜反轉(zhuǎn)耙型導流器Apairofalternatefilm-invertingguiders

2024/3/154交叉雙尺度波紋板Two-scalecrosswisecorrugationplatebundleTwo-scalecrosswisecorrugationsmallcorrugationsmakefilmturbulentanddistributionuniform

largecorrugationforsolutionfilmandcoolantsteamflow

2024/3/155Fig.4Distributionsofdimensionlessvelocity,temperatureandconcentrationofliquidfilmprofilebeforeandafterfilm-inversion

(a)Dimensionlessvelocity

(b)Temperature

(c)Concentration

atwallfreesurfacefreesurfaceatwall2024/3/156Fig.5Variationsoft&ξoffilmlayersatwall,freesurfaceandmeanvalueofbothcontinuousfilmandinvertedfilm(a)Temperature

averageatfreesurfaceatwall(b)Concentrationatwallaverageatfreesurface2024/3/157Fig.6variationsofbothvaporabsorptionfluxβandheattransfercoefficienthwiththenumberoffilminvertingNthetotalheightoftheplatesisfixed.bothvaporabsorptionfluxandheattransfercoefficientrisewiththeincreaseofthenumberoffilm-inversion;butthegainsdecreasewiththeincreaseofthenumberoffilm-inversion.vaporabsorptionfluxβgain73%

heattransfercoefficienthgain58%

2024/3/1587.5熱板換熱器特點：雖然用薄板，但耐壓性能較強；節(jié)省優(yōu)質(zhì)材料；此類凹凸表面的阻力系數(shù)較小。板內(nèi)板外都可得到強化。2024/3/