设置开孔折流板通道内的换热及流动特性研究

本文对通道内设置多种开孔折流板的换热与流动阻力特性进行了实验研究，讨论分析了雷诺数Re以及通道内设置开孔折流板的无量纲孔径d／w、无量纲水平中心距s1／w和无量纲垂直中心距s2／w等多个参数对通道强化换热与流动阻力特性的影响。并与设置不开孔折流板通道的实验结果进行了对比分析。 本课题采用以实验为主，并附以理论分析的研究方法。首先设计并建立了可视化实验装置，进行可视化实验。通过向通道注墨水以显示流体流动状况，分析了低Re数时的流体流动特点；其次，为进一步深入分析通道内流体传热强化机理，设计并建立了换热及流体流动实验研究装置，进行了等热流边界条件换热和流体流动阻力实验。实验时，通过矩形通道上下壁面敷设的电加热膜加热通道空气，改变空气流速，测试不同工况时的进出口温度、壁面温度、流体流量和压力损失等参数，并采用无量纲努谢尔特准则数Nu、Nu0等分析了设置不同开孔折流板的换热与流动情况。 实验结果表明，上下壁面安装折流板的矩形通道中，随着来流雷诺数Re的增加，通道换热效果逐步增强。并且，对于设置开孔折流板的通道，相对于设置未开孔折流板通道来说，由于折流板表面的变化，减小了流体流过时的阻力，进而降低了流体流动压损，无量纲孔径d／w、无量纲水平中心距s1／w和无量纲垂直中心距s2／w等多个参数对通道换热均有一定的影响。在实验选取d／w的三个值0.2、0.13和0.7中，运用无量纲准则数Nu／Nu0随Re的变化曲线分析了通道强化换热特性；运用f／f0随Re的变化曲线分析了通道的阻力特性；通过综合开孔换热效率η衡量不同无因次量对通道的综合强化换热影响。发现总体换热效果按从好到劣的次序依次为2#板、4#板、7#板。在实验研究的s1／w的两个值0.67和1.33中，运用分析d／w对通道换热和流动阻力影响的类似分析方法，得出总体换热效果按从好到劣的次序依次为2#板、4#板。同样，对于无因次量s2／w 西安建筑科技大学硕士学位论文 的两个值0.25和0.33，运用分析d/w对通道换热和流动阻力影响的类似分析方法，可 知2#板的总体换热效果优于1#板。 本文在分析通道整体换热的基础上，还研究了2#板的局部Nu数的情况，实验结果 表明，局部Nu数随着轴向位置的增大呈先上升，再下降，然后再上升的趋势。 本文得到了大量的设置折流板通道的有关强化传热与流动阻力特性的实验数据，对 各类换热器的强化研究具有一定的参考价值。并且，最后对设置开孔折流板的诸多实验 工况进行了多元线性回归，得出了准则实验关联式，为开发这些新型换热器提供了基础 数据和设计依据。