一种新风机组板流式热回收装置的制作方法

1.本实用新型涉及建筑节能领域，尤其涉及一种新风机组板流式热回收装置。


背景技术：

2.传统的新风机组板式、板翅式热回收装置内部分别为矩形入口直线型流道、三角形入口直线型流道，换热过程中新风、回风与流道间仅产生流体外掠平板现象，流道对新风、回风扰动较小。此时的新风、回风的流动状态以层流为主导致表面传热系数较小，新风、回风与流道之间的热边界层厚度随流道长度逐渐增厚导致对流传热热阻增大，仅依托换热膜材料本身传热系数较大来提高热回收装置的温度交换效率。传统热回收装置还存在换热后的新风出口温度较低、新风出口温度分布不均匀、新风与流道间的阻力较大等问题。


技术实现要素：

3.本实用新型旨在提供一种新风机组板流式热回收装置，适用于新风机组的板流式热回收装置，主要通过新型流道结构设计，采用换热膜材料与水流型扰流板一、水流型扰流板二形成的矩形入口水流型流道，代替原有流道结构，可提高新风机组温度交换效率。
4.本实用新型所采用的技术方案为：
5.一种新风机组板流式热回收装置，包括换热膜材料，水流型扰流板一，水流型扰流板二和金属固定架，所述的水流型扰流板一布置在换热膜材料之上，所述的水流型扰流板一左侧端点与所述的换热膜材料左侧边线重合，并将换热膜材料左侧均匀等分十份；所述的水流型扰流板二布置在换热膜材料之上，所述的水流型扰流板二右侧端点与换热膜材料右侧边线重合，并将换热膜材料右侧均匀等分十份；所述的换热膜材料与所述的水流型扰流板一和水流型扰流板二之间进行固定，形成单层单向流通道；所述的单向流通道垂直交叉叠加拼接，形成新风流道与回风流道。
6.进一步，所述的新风流道与回风流道的长
×
宽
×
高为400mm
×
400mm
×
302.5mm，其中所述的新风流道与回风流道的布置形式为交替布置，新风流道共28层单向流通道，回风流道共27层单向流通道。
7.进一步，所述的新风流道与回风流道的四角、顶部及底部与金属固定架之间采用固定螺母进行拼接固定。
8.进一步，所述的金属固定架外部采用膨胀密封带进行包裹保温。
9.进一步，所述的换热膜材料与水流型扰流板一和水流型扰流板二材料相同。
10.进一步，所述的换热膜材料的长
×
宽
×
高为400mm
×
400mm
×
0.5mm。
11.进一步，所述的水流型扰流板一和水流型扰流板二为圆弧线形设计，其圆心角度为15～30
°
之间。
12.进一步，所述的水流型扰流板一的弦长为250mm，宽
×
高为0.5mm
×
5mm。
13.进一步，所述的水流型扰流板二的弦长为250mm，宽
×
高为0.5mm
×
5mm。
14.新风机组板流式热回收装置应用的有益效果为：改变现有新风机组热回收装置的
流道结构，提高新风机组温度交换效率，提升新风出口温度。本发明采用板流式热回收装置后，换热时新风和回风产生绕流、过流、喷管射流的现象，增强对新风和回风的扰动，增大新风和回风从层流形成紊流的可能性进而提高表面传热系数，破坏新风、回风与板流式热回收装置热边界层厚度进而降低对流传热热阻，新风机组温度交换效率提高。
附图说明
15.图1为本发明板流式热回收装置水流型扰流板一单体三维模型图；
16.图2为本发明板流式热回收装置水流型扰流板一位置三维模型图；
17.图3为本发明板流式热回收装置水流型扰流板二单体三维模型图；
18.图4为本发明板流式热回收装置水流型扰流板二位置三维模型图；
19.图5为本发明板流式热回收装置单层单向流通道三维模型图；
20.图6为本发明板流式热回收装置三维模型及局部透视图；
21.图7为本发明板流式热回收装置新风端水平剖面示意图；
22.图8为本发明板流式热回收装置回风端水平剖面示意图。
23.图9为单层新风层与单层回风层建模关系示意图。
24.图10为板流式热回收装置15
°
水流形扰流板物理模型图。
25.图11为板流式热回收装置30
°
水流型扰流板物理模型图。
26.图12为板流式热回收装置回风流道15
°
水流形扰流板回风速度云图。
27.图13为板流式热回收装置回风流道30
°
水流形扰流板回风速度云图。
28.图14为板流式热回收装置15
°
水流形扰流板新风流道温度云图。
29.图15为板流式热回收装置15
°
水流形扰流板新风流道温度云图。
30.图16为板流式热回收装置15
°
水流形扰流板回风流道温度云图。
31.图17为板流式热回收装置30
°
水流形扰流板回风流道温度云图。
32.图18为板翅式热回收装置新风流道温度云图。
33.图19为板翅式热回收装置回风流道温度云图。
34.图中：1——圆心角；2——弦长；3——弧长；4——宽度；5——高度；6——换热膜材料；7——水流型扰流板一；8——水流型扰流板二；9——固定螺母；10——金属固定架；11——膨胀密封带。
具体实施方式
35.下面结合附图及具体实施例对本实用新型做进一步阐释。
36.一种新风机组板流式热回收装置，包括换热膜材料，水流型扰流板一，水流型扰流板二和金属固定架，所述的水流型扰流板一布置在换热膜材料之上，所述的水流型扰流板一左侧端点与所述的换热膜材料左侧边线重合，并将换热膜材料左侧均匀等分十份；所述的水流型扰流板二布置在换热膜材料之上，所述的水流型扰流板二右侧端点与换热膜材料右侧边线重合，并将换热膜材料右侧均匀等分十份；所述的换热膜材料与所述的水流型扰流板一和水流型扰流板二之间进行固定，形成单层单向流通道；所述的单向流通道垂直交叉叠加拼接，形成新风流道与回风流道。所述的新风流道与回风流道的长
×
宽
×
高为400mm
×
400mm
×
302.5mm，其中所述的新风流道与回风流道的布置形式为交替布置，新风流道共
28层单向流通道，回风流道共27层单向流通道。所述的新风流道与回风流道的四角、顶部及底部与金属固定架之间采用固定螺母进行拼接固定。所述的金属固定架外部采用膨胀密封带进行包裹保温。所述的换热膜材料与水流型扰流板一和水流型扰流板二材料相同。所述的换热膜材料的长
×
宽
×
高为400mm
×
400mm
×
0.5mm。所述的水流型扰流板一和水流型扰流板二为圆弧线形设计，其圆心角度为15～30
°
之间。所述的水流型扰流板一的弦长为250mm，宽
×
高为0.5mm
×
5mm。所述的水流型扰流板二的弦长为250mm，宽
×
高为0.5mm
×
5mm。
37.为探究新风机组板流式热回收装置流道对换热过程的影响，对该换热过程进行数值模拟，描述该热回收装置内部流体换热及流动过程。
38.板流式热回收装置由换热膜材料、水流型扰流板一、水流型扰流板二、金属固定架、固定螺母、膨胀密封带组成。该物理模型建立原则为：
39.1.该装置中所涉及的金属固定架、固定螺母、膨胀密封带分别起支撑、固定和保温作用，对换热过程影响可忽略不计，建模时不予考虑；
40.2.该装置中所涉及的换热膜材料、水流型扰流板分别起换热、扰流作用，为换热过程主要影响因素，对其所组成的新风、回风通道进行建模；
41.3.该装置流道较多，建模较为复杂，但各流道换热过程可近似认为一致，故物理模型仅建立四层(两层为新风层、两层为回风层)。其中单层新风层与单层回风层建模关系如图9所示。
42.4.水流型扰流板一、水流型扰流板二宽度较小，模拟过程中可简化水流型扰流板一、水流型扰流板二宽度，将其均设置为无厚度壁面。
43.分别对由15
°
、30
°
水流型扰流板组成的板流式热回收装置进行物理建模。以30
°
水流型扰流板为例，利用ansys workbench软件平台中的spaceclaim软件对板流式热回收装置物理模型进行初步创建和修改，且对各区域物性及外立面进行定义。新风流体区2个、回风流体区2个，将其物性定义为fliud；换热膜材料区3个，将其物性定义为solid；新风入口面和新风出口面分别设置2个，回风入口面和回风出口面分别设置2个，板流式热回收装置物理模型如图10
‑
11所示。
44.为数值模拟板流式热回收装置换热过程作理论分析，该数学模型做以下假设：
45.1.流体为不可压缩的理想流体；
46.2.板流式热回收装置换热过程处于稳态；
47.3.模拟及实验等过程中，认为相关热物性参数不发生改变；
48.4.新风量及排风量一致，以维持室内外压强平衡；
49.5.在热交换界面不存在漏风及串风。
50.板流式热回收装置的数值模拟研究需符合流体运动过程中的守恒定律，即遵循质量守恒定律、动量守恒方程及能量守恒方程。从能量守恒分析，室外新风流动方向为x方向，室内回风流动方向为z方向，流道高度方向为y方向，建立直角坐标系。
51.利用fluent软件对该模型进行数值模拟，选用双精度解算器。因新风机组启动，板流式热回收装置在换热时将导致新风、回风与水流型扰流板发生碰撞，产生绕流、过流的现象，增强流道对新风、回风的扰动，增大新风、回风从层流形成紊流的可能性，故而计算方法采用将湍流粘性系数与湍流时均参数联系起来的k
‑
ε两方程模型。
52.考虑边界及工况条件对板流式热回收装置的影响，做以下设定：
53.1.壁面条件的设定：板流式热回收装置除新风进口、送风出口、回风进口及排风出口的其余外壁面均受保温处理，具有良好的气密性，且材质与换热膜材料相同；因仅考虑温度交换效率影响，故板流式热回收装置换热膜材料采用铝作为模拟材料，即作为新风与送风间流固耦合传热壁面(shadow)。
54.2.边界条件的设定：新风进口、回风进口的边界条件选择速度入口条件，“velocity
‑
inlet”；送风出口、排风出口的边界条件选择压力出流条件，“pressure
‑
outlet”。
55.3.工况条件设定：以冬季工况作为模拟工况进行运行。模拟工况条件设定：风速设定为1.388m/s，对应于实际风量300m3/h，室内空气温度设定为20℃，室外空气温度设定为
‑
10℃。
56.计算结果可由fluent软件中results后处理结果中显示计算迭代后的图像，如温度云图、速度矢量图等。以回风作为气体流动分析对象，回风进入板流式热回收装置后，其沿z方向变化流动速度云图及局部速度矢量图分别如图12
‑
13所示。
57.从回风速度云图显示，当回风刚进入板流式热回收装置前段时，回风产生较短速度入口段，该速度入口段风速较为稳定，风速为1.40m/s左右，靠近水流型扰流板附近风速微微提升，其原因是水流型扰流板为弧线形设计使得回风与壁面碰撞，导致沿程阻力增加；当回风刚进入板流式热回收装置中段时，回风与水流型扰流板接触面积增加，出现绕流和过流现象，局部风速增大，使得回风扰动增大；当回风进入板流式热回收装置后段时，回风与水流型扰流板接触面积减少，导致沿程阻力减小，局部产生了喷管射流现象，局部风速减小，回风扰动进一步增大；随回风到达板流式热回收装置排风出口后，风速下滑至平稳状态，符合回风流动变化过程。水流型扰流板圆心角为15
°
，其组成的板流式热回收装置与传统热回收装置类似，风速相对平稳，对流体扰动较小，虽形成部分喷管射流现象，但主要以外掠平板为主要换热形式，水流型扰流板圆心角不宜小于15
°
。
58.以新风、回风作为气体传热分析对象，新风沿x方向变化传热温度云图、湍流云图分别如图14
‑
15所示，回风沿z方向变化传热温度云图如图16
‑
17所示。
59.从新风温度云图显示，新风在板流式热回收装置前段处温度较低，随流道距离变长温度逐渐递增，温度梯度变化幅度较小；新风在板流式热回收装置中段处，受水流型扰流板影响，产生的绕流、过流及喷管射流现象，促使新风从层流转变为紊流，破坏新风、回风与板流式热回收装置热边界层厚度，进而降低对流传热热阻，温度梯度变化幅度较大；新风在板流式热回收装置后段处新风温度较高，随流道距离变长温度逐渐递增，温度梯度变化幅度较小。在新风温度云图右下角位置，新风出口温度最低，因该位置下回风损失热量较大导致温度较低，且与新风换热温差较小；在新风温度云图右上角位置，新风出口温度最高，因该位置下回风损失热量较小导致温度较高，且与新风换热温差较大。从回风温度云图显示，回风温度变化过程与新风变化过程类似，符合新、回风温度变化过程。30
°
板流式热回收装置较15
°
板流式热回收装置新风出口温度相同，但新风出口温度分布更加均匀。水流型扰流板圆心角不宜大于30
°
，否则不利于水流型扰流板布置，并导致该热回收装置局部风速过大。
60.对板翅式热回收装置进行数值模拟，因流道速度入口段较长，多数新风、回风处于
层流状态，故湍流模型中选择低雷诺数的laminar层流模型。边界及工况条件与板流式热回收装置数值模拟设定一致。以新风、回风作为气体传热分析对象，新风温度云图如图18所示，回风温度云图如图19所示。
61.从新风、回风温度云图显示，新风在板翅式热回收装置中温度处于较低状况，温度梯度较小，新风流动状态变化较小。板翅式热回收装置新风中心点最低温度为
‑
1.35℃，温度交换效率分别为28.8％；由15
°
、30
°
水流型扰流板组成的热回收装置的新风中心点最低温度分别为2.50℃、2.52℃，新风温度交换效率分别为41.7％、41.6％，较传统板式、板翅式热回收装置，板流式热回收装置温度交换效率较高，新风出口温度均匀，换热状况良好。
62.本实用新型不局限于上述可选的实施方式，任何人在本实用新型的启示下都可得出其他各种形式的产品。上述具体实施方式不应理解成对本实用新型的保护范围的限制，本实用新型的保护范围应当以权利要求书中界定的为准，并且说明书可以用于解释权利要求书。