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超大拓展表面三维微肋管换热器的对流换热及抗积灰特性研究

汇报人：

2024-01-29

引言

超大拓展表面三维微肋管换热器设计

对流换热特性研究

抗积灰特性研究

数值模拟与仿真分析

结论与展望

contents

目

录

01

引言

能源危机与环境保护

随着能源短缺和环境污染问题日益严重，提高能源利用效率和减少污染物排放成为当前研究的热点。超大拓展表面三维微肋管换热器作为一种高效、紧凑的换热设备，在节能减排领域具有广阔的应用前景。

换热器性能提升需求

传统换热器受限于传热面积和传热系数，难以满足日益增长的换热需求。超大拓展表面三维微肋管换热器通过增加传热面积和优化传热结构，可显著提高换热效率，满足高性能换热需求。

抗积灰性能研究不足

积灰是影响换热器性能的重要因素之一。然而，目前关于超大拓展表面三维微肋管换热器抗积灰性能的研究相对较少，限制了其在实际应用中的推广。因此，开展相关研究具有重要的理论意义和实用价值。

国内研究现状

国内学者在超大拓展表面三维微肋管换热器的研究方面取得了一定进展，主要集中在传热性能、流动阻力和结构优化等方面。然而，关于其抗积灰性能的研究相对较少，且主要集中在实验研究和数值模拟方面。

国外研究现状

国外学者在超大拓展表面三维微肋管换热器的研究方面起步较早，取得了较为丰富的研究成果。他们不仅关注传热性能和流动阻力等基本性能，还注重研究其在不同工况下的适应性、耐久性以及抗积灰性能等方面。

发展趋势

随着计算机技术和数值模拟方法的不断发展，未来超大拓展表面三维微肋管换热器的研究将更加注重多物理场耦合、多学科交叉以及智能化优化等方面。同时，针对其抗积灰性能的研究将成为重要的发展方向之一。

研究目的：本研究旨在通过实验和数值模拟等方法，深入研究超大拓展表面三维微肋管换热器的对流换热及抗积灰特性，揭示其传热机理和抗积灰机制，为优化设计和实际应用提供理论支撑和技术指导。

研究内容

建立超大拓展表面三维微肋管换热器的物理模型和数学模型，揭示其传热机理和抗积灰机制。

通过实验研究和数值模拟等方法，分析超大拓展表面三维微肋管换热器的传热性能、流动阻力和抗积灰性能等基本性能。

01

02

对比分析不同结构参数（如肋高、肋间距等）对超大拓展表面三维微肋管换热器性能的影响规律，提出优化设计方案。

探究不同工况下（如不同入口温度、不同流速等）超大拓展表面三维微肋管换热器的性能变化规律。

02

超大拓展表面三维微肋管换热器设计

通过增加换热面积，提高换热效率，降低热阻。

拓展表面设计

采用微肋管结构，增加流体扰动，强化传热效果。

三维微肋管设计

确保换热器在不同方向上的传热均匀性，减少热应力。

对称布局设计

肋高与肋间距优化

通过调整肋高和肋间距，实现流体流动与传热性能的平衡。

肋形状优化

针对不同应用需求，设计不同形状的肋，如圆形、方形、菱形等。

微肋管排列方式优化

研究不同排列方式对传热性能和流动阻力的影响，确定最佳排列方式。

03

表面处理

对换热器表面进行特殊处理，如喷涂、电镀等，以提高其抗积灰性能和耐腐蚀性。

01

制造工艺选择

根据换热器结构和材料特性，选择合适的制造工艺，如铸造、焊接、机械加工等。

02

材料选择

选用具有良好导热性能、耐腐蚀、耐高温的材料，如不锈钢、铜合金等。

03

对流换热特性研究

采用闭式循环水系统，包括加热器、水泵、流量计、温度传感器、压力传感器和数据采集系统等。

采用稳态法测定对流换热系数，通过改变水流量和进口水温等参数，测量不同工况下的壁面温度和流体温度，并计算对流换热系数。

测试方法

实验装置

对流换热系数计算

根据实验数据，采用传热学公式计算对流换热系数，并分析其随水流量和进口水温等参数的变化规律。

结果分析

通过对实验数据的分析，发现对流换热系数随水流量的增加而增大，随进口水温的升高而减小，这为优化换热器设计提供了理论依据。

设定不同的水流量和进口水温组合，模拟实际使用中的不同工况。

工况设置

比较不同工况下的对流换热系数和换热效率，发现某些工况下的对流换热性能更佳，这为实际应用中的工况选择提供了指导。同时，也发现了一些需要改进的工况，为进一步优化换热器设计提供了方向。

性能比较

04

抗积灰特性研究

探讨在换热器表面，由于温度梯度、气流速度、颗粒物性质等因素，导致积灰的形成和增长的机制。

积灰形成机理

分析影响积灰形成的主要因素，如气流速度、温度、颗粒物浓度、颗粒物性质（如粒径、粘性等）、换热器表面特性等。

影响因素分析

1

2

3

设计并搭建能够模拟实际工况下换热器表面积灰过程的实验装置，包括气流循环系统、颗粒物供给系统、温度控制系统等。

实验装置设计

制定详细的实验方案，包括实验前的准备、实验过程中的操作和数据记录、实验后的数据处理和分析等步骤。

实验方法与步骤

采用适当