印刷電路板式換熱器Zigzag通道流動與傳熱數(shù)值模擬

李 雪，陳永東，于改革，吳曉紅

印刷電路板式換熱器Zigzag通道流動與傳熱數(shù)值模擬

李 雪，陳永東，于改革，吳曉紅

（合肥通用機(jī)械研究院，安徽合肥 230031）

印刷電路板式換熱器以其高效、緊湊、耐高溫、耐高壓等特點，在核能、太陽能、液化天然氣等清潔能源領(lǐng)域具有廣闊的發(fā)展?jié)摿Α１疚耐ㄟ^建立三維傳熱數(shù)值模型，研究了印刷電路板式換熱器Zigzag通道內(nèi)部冷、熱流體的流動與傳熱基本規(guī)律，并與試驗結(jié)果進(jìn)行對比，驗證了模型的準(zhǔn)確性；分析了Zigzag通道角度對流體流速、溫度分布的影響規(guī)律，并以（Nu/Nu0）/（f/f0）作為評價指標(biāo)，對通道角度與流動條件進(jìn)行耦合優(yōu)化。研究表明：當(dāng)Re≥250時，15°、25°的Zigzag通道綜合性能優(yōu)越，且15°的Zigzag通道性能最佳；而30°、45°的Zigzag通道綜合性能不理想，尤其是45°的Zigzag通道，其綜合性能始終低于直通道。研究結(jié)果可為印刷電路板式換熱器的熱力設(shè)計提供重要參考。

PCHE；Zigzag通道；通道角度；流固耦合傳熱；綜合性能

符號

Nu——Nusselt數(shù)

h——表面換熱系數(shù)，W/（m2·K）

De——半圓形通道當(dāng)量直徑，m

f——范寧摩擦因子

q——熱流密度，W/m2

T ——溫度，K

A——半圓形通道的橫截面積，m2

L——半圓形通道的周長，m

Δp ——流體進(jìn)、出口壓力降，Pa

ρ ——流體密度，kg/m3

u ——流體流速，m/s

l——流體通道沿程長度，m

ζ ——綜合評價指標(biāo)

λ ——流體熱導(dǎo)率，W/（m·K）

X ——截面距通道左側(cè)入口的距離，mm

下標(biāo)

in——流體進(jìn)口

out——流體出口

w——內(nèi)壁面

1 前言

熱交換器作為能量傳遞的關(guān)鍵設(shè)備，在清潔能源的存儲、熱量回收等方面起到至關(guān)重要的作用，而苛刻的工作環(huán)境，如高溫、高壓、較小溫度差與空間限制等，對熱交換器的性能提出了更高的要求。

印刷電路板式換熱器（PCHE）作為一種新型高效緊湊式熱交換器，近幾年的成功應(yīng)用證明其在極端苛刻條件下進(jìn)行熱量傳遞的潛力非常大［1］。……