基于热交换器的热计量方法改进研究

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首先概述了热量表的研究背景、国内外研究现状及研究意义,讨论了国内外的热量表技术及其优缺点,接着引出了课题的研究内容。然后对应用于流体流动与传热的数值模拟相关技术进行了简要介绍。  考虑换热器安装的空间,参照散热器的外形结构尺寸,确定了换热器的外形结构尺寸;通过对各单排管数量的数值计算,确定了换热器内部结构;得到了比已有的热交换式热量表更易安装的换热器结构。  针对换热器的细节设计,在研究了换热器结构与曲线拟合度及压损的关系的基础上,提出了换热器多目标优化设计的数学描述,以及CFD数值模拟并结合Powell方法的寻优方法,能有效地改进换热器的性能。该优化设计中,首先建立了热交换器的仿真模型;其次运用数值模拟对该模型进行计算得到两优化目标的结果;最后对该结果运用优化算法对管径进行优化,得到换热管的最优结构。然后在对换热器的管间距进行一维探索,得到最优的换热管排放位置。优化后的换热器模型与初始模型相比,曲线拟合度和压损都有较好的改善。将得到的最优结构换热器进行实物设计,出工程图,加工出换热器实物。  最后搭建了实验平台,安装上所有的实验仪器后进行实验验证。实验结果表明,新的换热器的流量温差比曲线非常线性,其实测压损值远远小于国家标准,且对热量测量的误差较小,证明了新的热交换器式热计量方法的优越性。
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