化工学报 ›› 2020, Vol. 71 ›› Issue (S1): 172-178.DOI: 10.11949/0438-1157.20191096
收稿日期:
2019-10-07
修回日期:
2019-11-16
出版日期:
2020-04-25
发布日期:
2020-04-25
通讯作者:
贺鹏程
作者简介:
贺鹏程(1967—),男,硕士,工程师,Pengcheng HE(),Li ZHUANG,Liang HU,Gang LIU,Ruiqi WANG,Yaqiang BAO
Received:
2019-10-07
Revised:
2019-11-16
Online:
2020-04-25
Published:
2020-04-25
Contact:
Pengcheng HE
摘要:
换热器是工业的基础设备,也是飞行器中的重要设备,其广泛应用于发动机、飞行器环境控制等飞机需要换热的系统中,用于维持人员舒适安全和设备高效正常运行,其准确工程设计方法影响设备及系统的可靠运行,很多换热器设计文献对其压力相关计算问题进行了详细说明,但将换热器设计和流体力学文献进行对比和分析,发现两者在一些概念和定义上存在差异,根据流体力学文献中的概念提出了相应的换热器压力特性工程计算公式。具体选取了一种空气换热器常用的锯齿翅片作为算例,不考虑散热的绝热情况,构建单流程及双流程板翅式换热器,以涵盖突扩、突缩、90°和180°局部等结构变化的压力变化特性计算,运用Halton序列进行拟Monte Carlo对一定跨度内的温度、压力、Re的单流程、双流程换热器出口条件进行计算,经过这两类换热器计算统计发现:封头压降和压力损失在整个换热器压损中占比概率情况下较小,概率密度最大在0.05附近,换热器总压降在大部分情况下较出口压力小,流体性质可按固定压力计算。
中图分类号:
贺鹏程, 庄莉, 胡亮, 刘刚, 王瑞琪, 包亚强. 板翅式换热器压力特性工程计算方法[J]. 化工学报, 2020, 71(S1): 172-178.
Pengcheng HE, Li ZHUANG, Liang HU, Gang LIU, Ruiqi WANG, Yaqiang BAO. Discussion on method of engineering computation of plate-fin heat exchanger pressure characteristic[J]. CIESC Journal, 2020, 71(S1): 172-178.
19 | Qin S J, Ye W B. Heat Exchanger [M]. Beijing: Chemical Industry Press, 2003. |
20 | Идличе, 华绍曾, 杨学宁. 实用流体阻力手册[M]. 北京: 国防工业出版社, 1986. |
Идличек, Hua S Z, Yang X N. Handbook of Practical Fluid Resistance [M]. Beijing: National Defense Industry Press, 1986. | |
21 | 向文英. 流体力学与水泵实验教程[M]. 北京: 化学工业出版社, 2009. |
1 | Ed W, Yuri M. Pressure drop in two-phase slug/ bubble flows in mini scale capillaries [J]. International Journal of Multiphase Flow, 2009, 35(10): 879-884. |
2 | Jainender D A. Design of compact plate fin heat exchanger [D]. Rourkela: Department of Mechanical Engineering National Institute of Technology, 2009. |
3 | Awad M M, Muzychka Y S. Thermodynamic Optimization [M]// Jovan M. Heat Exchangers Basics Design Applications. Rijeka, InTech, 2012: 3-51. |
4 | Yuri S M, Yovanovich M M. Modeling the f and j characteristics for transverse flow through an offset strip fin at low Reynolds number [J]. Enhanced Heat Transfer, 2001, 8(4): 243-259. |
5 | Yuri S M. Analytical and experimental study of fluid friction and heat transfer in low Reynolds number flow heat exchangers [D]. Waterloo: University of Waterloo, 1999. |
6 | Culham J R, Khan W A, Yovanovich M M, et al. The influence of material properties and spreading resistance in the thermal design of plate fin heat sinks [J]. Transactions of the ASME, 2007, 129(1): 76-81. |
7 | Churchill S W, Usagi R. A general expression for the correlation rates of transfer and other phenomena [J]. AIChE Journal, 1972, 18(6): 1121-1128. |
8 | Tinaut F V, Melgar A, Rahman A A. Correlations for heat transfer and flow friction characteristics of compact plate-type heat exchangers [J]. Int. J. Heat Mass Transfer, 1992, 35(7): 1659-1665. |
21 | Xiang W Y. Experiment Course of Fluid and Pump [M]. Beijing: Chemical Industry Press, 2009. |
22 | 马贵阳. 工程流体力学[M]. 北京: 石油工业出版社, 2009. |
9 | Muzychka Y S, Awad M M. Asymptotic generalizations of the Lockhart-Martinelli method for two-phase flows [J]. Journal of Fluids Engineering, 2010, 132(3): 1-12. |
10 | 张良俊, 吴静怡. 板翅式换热器研究进展[J]. 真空与低温, 2016, 23(3): 138-142. |
Zhang L J, Wu J Y. Research progress of plate fin heat exchanger [J]. Vacuum & Cryogenics, 2016, 23(3): 138-142. | |
11 | 魏进家, 刘海燕, 龙延. 板翅式换热器流动和换热性能研究[J]. 工程热物理学报, 2012, 33(10): 1785-1788. |
Wei J J, Liu H Y, Long Y. Study of flow and heat transfer performance of plate-fin heat exchanger [J]. Journal of Engineering Thermophysics, 2012, 33(10): 1785-1788. | |
12 | 宋俊虓, 袁修干. 板翅式换热器的MATLAB仿真模型[J]. 北京航空航天大学学报, 2001, 27(5): 582-582. |
Song J X, Yuan X G. MATLAB simulation model of air to air plate fin heat exchanger [J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2001, 27(5): 582-582. | |
13 | 方博, 刘磊, 李建秋. 板翅式冷却器结构参数优化与仿真研究[J]. 机械设计与制造, 2018, 1(7): 229-231. |
Fang B, Liu L, Li J Q. Structural parameter optimization and simulation of plate fin cooler [J]. Machinery Design and Manufacture, 2018, 1(7): 229-231. | |
14 | 王臣, 钱奕枝, 陈斌. 板翅式换热器的数值模拟研究[J]. 暖通与空调, 2015, 43(5): 41-44. |
Wang C, Qian Y Z, Chen B. Numerical simulation for plate fin heat exchanger [J]. HVAC, 2015, 43(5): 41-44. | |
15 | 文键, 厉彦忠, 周爱民, 等. 板翅式换热器入口结构内流场的数值模拟[J]. 华中科技大学学报, 2006, 34(7): 5-8. |
Wen J, Li Y Z, Zhou A M, et al. Numerical and experimental investigation of inside flow patterns of the entrance configuration in plate fin heat exchanger[J]. Journal Huazhong University of Sci. & Tech., 2006, 34(7): 5-8. | |
16 | 文键, 厉彦忠, 周爱民, 等. 板翅式换热器入口流场的模拟及实验研究[J]. 化学工程, 2006, 34(8): 24-27. |
Wen J, Li Y Z, Zhou A M, et al. A numerical and experimental investigation of the flow field at the entrance of plate-fin heat exchanger [J]. Chemical Engineering (China), 2006, 34(8): 24-27. | |
17 | 齐铭. 制冷附件[M]. 北京: 航空工业出版社, 1992. |
Qi M. Refrigeration Accessories [M]. Beijing: Aviation Industry Press, 2004. | |
18 | 史美中, 王中铮. 换热器原理与设计[M]. 南京: 东南大学出版社, 2009. |
Shi M Z, Wang Z Z. Principle and Design of Heat Exchangers [M]. Nanjing: Southeast University Press, 2009. | |
19 | 秦书经, 叶文邦. 换热器[M]. 北京: 化学工业出版社, 2003. |
22 | Ma G Y. Engineering Fluid Mechanics [M]. Beijing: Petroleum Industry Press, 2009. |
23 | 李小芹. 工程流体力学[M]. 北京: 中国水利电力出版社, 2009.Li X Q. Engineering Fluid Mechanics [M]. Beijing: China Water Resources and Electric Power Press, 2009. |
24 | 谢振华, 宋存义. 工程流体力学[M]. 北京: 冶金工业出版社, 2007. |
Xie Z H, Song C Y. Engineering Fluid Mechanics [M]. Beijing: Metallurgical Industry Press, 2007. | |
25 | 林建忠. 流体力学[M]. 北京: 清华大学出版社, 2005. |
Lin J Z. Fluid Mechanics [M]. Beijing: Tsinghua University Press, 2005. | |
26 | 董军启. 车辆冷却系统空气侧特性研究[D]. 上海: 上海交通大学, 2007. |
Dong J Q. Research on air side and heat transfer characters of vehicle cooling system [D]. Shanghai: Shanghai Jiao Tong University, 2007. | |
27 | 孔珑. 工程流体力学[M]. 北京: 水利电力出版社, 1995. |
Kong L. Engineering Fluid Mechanics [M]. Beijing: Water Resources and Electric Power Press, 1995. | |
28 | 余建祖. 换热器原理与设计[M]. 北京: 北京航空航天大学出版社, 2005. |
Yu J Z. Heat Exchanger Principle and Design [M]. Beijing: Beihang University Press, 2005. | |
29 | 张峰, 吕震宙, 赵新攀. 基于序列 Shepard 插值的结构可靠性分析[J]. 机械工程学报, 2010, 46(10): 176-181. |
Zhang F, Lv Z Z, Zhao X P. Novel method based on sequence Shepard interpolation for structure reliability analysis [J]. Journal of Mechanical Engineering, 2010, 46(10): 176-181. | |
30 | 木拉提·吐尔德, 胡锡健. 拟蒙特卡洛方法中Halton序列的随机化及其改进[J]. 统计与决策, 2012, 24(372): 15-17. |
Mulati T, Hu X J. Randomization and improvement of Halton sequence in quasi-Monte Carlo method [J]. Statistics & Decision, 2012, 24(372): 15-17. | |
31 | 史楠楠, 诸立超. 不同Halton抽样方法在混合Logit模型中的比较[J]. 武汉理工大学学报(交通科学与工程版), 2016, 40(5): 915-918. |
Shi N N, Chu L C. Comparison of different Halton simple methods in mixed Logit model [J]. Journal of Wuhan University of Technology (Transportation Science & Engineering), 2016, 40(5): 915-918. |
[1] | 江河, 袁俊飞, 王林, 邢谷雨. 均流腔结构对微细通道内相变流动特性影响的实验研究[J]. 化工学报, 2023, 74(S1): 235-244. |
[2] | 高金明, 郭玉娇, 鄂承林, 卢春喜. 一种封闭罩内顺流多旋臂气液分离器的分离特性研究[J]. 化工学报, 2023, 74(7): 2957-2966. |
[3] | 贾晓宇, 杨剑, 王博, 林梅, 王秋旺. 金属丝网毛细特性的孔隙尺度数值分析[J]. 化工学报, 2023, 74(5): 1928-1938. |
[4] | 郑书闽, 郭鹏程, 颜建国, 王帅, 李文博, 周淇. 微小通道内过冷流动沸腾阻力特性实验及预测研究[J]. 化工学报, 2023, 74(4): 1549-1560. |
[5] | 胡香凝, 尹渊博, 袁辰, 是赟, 刘翠伟, 胡其会, 杨文, 李玉星. 成品油在土壤中运移可视化的实验研究[J]. 化工学报, 2023, 74(4): 1827-1835. |
[6] | 张银宁, 王进卿, 冯致, 詹明秀, 徐旭, 张光学, 池作和. 升温条件下多孔介质内气泡的生长和聚并行为[J]. 化工学报, 2023, 74(4): 1509-1518. |
[7] | 杨辉著, 兰精灵, 杨月, 梁嘉林, 吕传文, 朱永刚. 高功率平板热管传热性能的实验研究[J]. 化工学报, 2023, 74(4): 1561-1569. |
[8] | 王晓萱, 胡晓红, 陆雨楠, 王士勇, 凡凤仙. 旋转膜过滤器内部流动特性数值模拟[J]. 化工学报, 2023, 74(4): 1489-1498. |
[9] | 钱志广, 樊越, 王世学, 岳利可, 王金山, 朱禹. 吹扫条件对PEMFC阻抗弛豫现象和低温启动的影响[J]. 化工学报, 2023, 74(3): 1286-1293. |
[10] | 白剑钊, 郭子轩, 王德武, 刘燕, 王若瑾, 唐猛, 张少峰. 摇摆对气液并流模式立体旋流筛板压降的影响研究[J]. 化工学报, 2023, 74(2): 707-720. |
[11] | 覃瑶, 张禹萌, 潘雪玲, 王文强, 戴正兴, 朱育丹, 陆小华. 限域传递机制初探:以限域状态为切入点描述传递阻力[J]. 化工学报, 2023, 74(1): 74-85. |
[12] | 禹言芳, 刘桓辰, 孟辉波, 刘励图, 李毓, 吴剑华. Lightnin静态混合器内气泡分散流体动力学特性实验研究[J]. 化工学报, 2022, 73(8): 3565-3575. |
[13] | 陆威, 苗冉, 吴志根, 吴长春, 谢伟. 非牛顿流体在波节套管换热器中流动与换热的实验研究[J]. 化工学报, 2022, 73(7): 2924-2932. |
[14] | 王沛, 魏荣阔. 光热驱动多孔氧化铈热化学循环解水制氢非热质平衡模型[J]. 化工学报, 2022, 73(7): 2885-2894. |
[15] | 曹健, 叶南南, 蒋管聪, 覃瑶, 王士博, 朱家华, 陆小华. 基于微量热法对多孔碳与双氧水相互作用过程的传质阻力分析[J]. 化工学报, 2022, 73(6): 2543-2551. |
阅读次数 | ||||||
全文 |
|
|||||
摘要 |
|
|||||