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析湿工况换热通道凝结水运动特性及其对传热性能影响的研究

时间:2016/6/6 17:12:55

析湿工况换热通道凝结水运动特性及其对传热性能影响的研究

                   项目号:(51306085

背景:翅片管换热器被广泛应用于空调、制冷以及化工领域。当翅片管换热器的翅片表面温度低于通过换热器空气流的露点温度时,空气中含有的水分就会在翅片表面发生结露现象,析出的凝结水将依附在翅片表面上。在析湿过程中空气与翅片表面间同时发生着热量和质量的交换,一方面,凝结水的存在直接影响着换热器的传热与阻力性能;另一方面,凝结水也给细菌和微生物的滋生提供了潮湿的环境,对换热器造成腐蚀并带来一系列卫生问题。因此,研究换热器在湿工况下传热与阻力特性以及强化湿工况下换热器性能已成为学术界和工业界的重要课题。

研究内容

1湿工况下典型翅片上凝结水发生位置的概率分布

1研究湿工况下典型翅片表面凝结水的几何形貌特性;

2研究湿工况下翅片表面温度分布规律。

3研究湿工况下翅片表面凝结速率的影响因素;

4根据凝结水的几何形貌、翅片表面温度分布和凝结速率,研究凝结水在典型翅片表面的概率分布,获得凝结水在翅片上发生位置的概率分布关系式。

2凝结水在换热通道内的运动特性及其描述

1根据凝结水在片表面的受力情况,建立凝结水在片表面的流动模型,研究凝结水在片表面的运动特性; 

2建立凝结水脱离片表面流动的临界空气流速模型,研究凝结水脱离片表面的临界空气流速及其影响因素;

3建立凝结水脱离片表面后液滴在换热通道内的运动模型,研究凝结水在气流中的运动、和壁面碰撞以及凝结液滴相互碰撞等的运动特性。

3凝结水对传热产生影响的机理

4凝结水对气流阻力损失产生影响的机理

研究方案

根据研究内容,本项目采用理论分析和数值分析相结合的方法解决建立耦合模型中存在的主要问题;采用实验方法研究凝结水在片上的发生位置、凝结水在换热通道内的运动特性以及验证耦合模型求解数值方法的正确性。课题组对现有的可视化风洞实验台进行了改造,建立了换热器性能测试实验台与凝结水观察、测试实验系统,如图1所示。该实验台由湿空气处理系统、低温循环水系统、基本参数测试系统等组成。该系统不仅测试范围广、测量工况快速稳定、具有良好的可靠性,而且结构紧凑、易于拆卸和搬运。

析湿工况换热通道凝结水运动特性及其对传热性能影响的研究

        图1 换热器性能测试实验台示意图 

主要研究进展 

   课题组利用图1所示的实验台测试了干/湿工况下翅片管换热器传热与阻力性能,观测了翅片表面凝结水几何形貌特性及凝结水在翅片表面分布情况。研究了凝结水在翅片表面的运动特性,获取了凝结水脱离翅片表面的临界空气流速。

主要成果

在国家自然科学基金的资助下,共发表论文5篇,其中SCI国际期刊2篇,国内CSCD1篇,国际会议论文1篇及国内会议论文1篇。已授予发明专利2项。

[1] Wanling Hu, Liangbi Wang, Yong Guan, The Effect of Transverse Tube Pitch on the Thermal-Hydrodynamic Performance of a Circular Tube-Plate-Fin Heat Exchanger with Fin-Mounted Vortex GeneratorsJournal of Enhanced Heat Transfer, 22 (3): 127 (2015)

[2] Xiuqin Wei, Yongheng Zhang, Wanling Hu, Liangbi WangThe fluid flow

and heat transfer characteristics in the channel formed by flat tube and dimpled finInternational Journal of Thermal Sciences 10486-100 (2016)

[3] 胡万玲,王良璧,涡产生器形状对圆管管翅式换热器传热及阻力的影响,工程热物理学报,已录用。

[4] 胡万玲,王良璧等,椭圆管管翅式换热器流线型变波幅正/余弦形波纹翅片,发明专利,专利号:ZL2014103748870

[5] 胡万玲、王良璧等,圆管管翅式换热器流线型等波幅折线形波纹翅片,发

明专利,专利号:ZL201410378279

[6] Wanling Hu, Liangbi Wang, The optimal transverse tube pitch for circl

e tube bank fin mounted with vortex generators2015 Asian Symposium on Computational Heat Transfer and Fluid Flow, Busan, Korea

[7] 胡万玲,王良璧,,涡产生器形状对圆管管翅式换热器传热及阻力的影响,中国工程热物理学会2015年传热传质会议论文,大连。

       

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