本文關(guān)鍵詞：基于Fluent管殼式換熱器數(shù)值模擬及優(yōu)化

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【摘要】：隨著全球性能源危機的持續(xù)加重,人們越來越重視對能源的二次利用,換熱器作為一種重要的能量交換設(shè)備,已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于各個行業(yè)。傳統(tǒng)的單弓形折流板管殼式換熱器則是當(dāng)前使用最廣泛,市場占有率最高的換熱設(shè)備。但由于其殼程流體容易產(chǎn)生換熱死區(qū),導(dǎo)致?lián)Q熱效率低下,同時折流板的存在使得流體對換熱管束產(chǎn)生強烈的橫向沖擊,誘導(dǎo)換熱管束發(fā)生振動,使得換熱器在工作時產(chǎn)生噪音,降低了換熱器工作的可靠性,甚至產(chǎn)生破壞。為了解決單弓形折流板管殼式換熱器存在的不足,人們提出了各種新型折流板管殼式換熱器,但由于其大多生產(chǎn)加工困難,對設(shè)備使用和維護的條件要求較高,造成成本較高。此外,高端換熱器的研究和使用多集中在發(fā)達國家,我國自主生產(chǎn)研究相對落后,新型折流板管殼式換熱器在我國的使用受到了很大的限制。因此,尋找一種高效的新型折流板換熱器具有非常重要的意義。本文在對當(dāng)前管殼式換熱器結(jié)構(gòu)特點及特性進行討論后提出了兩種新的折流板結(jié)構(gòu):Y型折流板和T型折流板。文章使用了ANSYS Workbench平臺,創(chuàng)建了單弓形折流板、Y型折流板和T型折流板管殼式換熱器的幾何模型及有限元模型,利用Fluent流體分析軟件對換熱器模型進行求解。本文分析了換熱器在不同流體入口速度下的殼程流體流動狀態(tài),對比了三種不同折流板結(jié)構(gòu)換熱器殼程流體的壓力、溫度、速度、Nu以及f等換熱性能。針對Y型折流板管殼式換熱器,研究了折流板側(cè)板夾角對Y型折流板換熱器殼程換熱性能的影響,分析了三種不同角度(30°、50°和70°)Y型折流板換熱器,得到其殼程流體流場分布狀況。對T型折流板管殼式換熱器則探討了折流板表面肋片對換熱器性能的影響,文章同樣分析了三種不同形式肋片(光滑、三角形、矩形)T型折流板換熱器殼程流場分布狀態(tài)。通過上述對比分析,得到T型折流板換熱器換熱效果最佳。對于T型折流板管殼式換熱器,本文使用MATLAB數(shù)值處理軟件擬合出其殼程流體換熱準(zhǔn)則方程,并利用Design Exploration多目標(biāo)優(yōu)化工具,對T型折流板的結(jié)構(gòu)參數(shù)進行優(yōu)化。通過本文的研究工作,對Y型及T型折流板管殼式換熱器換熱性能有了初步的了解,考慮到相比與傳統(tǒng)單弓形折流板管殼式換熱器及新型折流板換熱器,這兩種折流板結(jié)構(gòu)都有自己的優(yōu)勢,在以后的生產(chǎn)活動中將有廣泛的應(yīng)用前景。
【關(guān)鍵詞】：管殼式換熱器 Fluent 折流板 數(shù)值模擬 優(yōu)化
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TK172
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-12
• 符號對照表12-14
• 縮略語對照表14-18
• 第一章 緒論18-30
• 1.1 課題背景18-19
• 1.2 換熱器的分類及國內(nèi)外發(fā)展概況19-26
• 1.2.1 換熱器分類19
• 1.2.2 管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)19-20
• 1.2.3 管殼式換熱器國內(nèi)外發(fā)展概況20-26
• 1.3 本文研究的內(nèi)容及意義26-30
• 1.3.1 本文研究的意義26-28
• 1.3.2 本文研究的內(nèi)容28-30
• 第二章 計算流體力學(xué)及傳熱學(xué)基礎(chǔ)理論30-44
• 2.1 計算流體力學(xué)簡介30-31
• 2.2 數(shù)值計算基本方法31-32
• 2.2.1 有限差分法31
• 2.2.2 有限元法31-32
• 2.2.3 有限容積法32
• 2.2.4 譜方法32
• 2.2.5 邊界元法32
• 2.3 流體流動基本特性32-36
• 2.3.1 基本概念32-33
• 2.3.2 流體流動狀態(tài)33-36
• 2.4 傳熱基本原理36-38
• 2.4.1 熱傳導(dǎo)36-37
• 2.4.2 熱對流37
• 2.4.3 熱輻射37-38
• 2.5 流體換熱控制方程38-41
• 2.5.1 連續(xù)性方程38-39
• 2.5.2 N-S方程39-40
• 2.5.3 能量守恒方程40-41
• 2.6 Fluent軟件簡介41-42
• 2.7 本章小結(jié)42-44
• 第三章 管殼式換熱器求解模型的建立44-54
• 3.1 幾何模型的建立44-46
• 3.2 網(wǎng)格劃分46-50
• 3.2.1 網(wǎng)格的連續(xù)性46-47
• 3.2.2 邊界層47-48
• 3.2.3 網(wǎng)格質(zhì)量48
• 3.2.4 網(wǎng)格劃分結(jié)果48-50
• 3.3 求解參數(shù)設(shè)置50-52
• 3.3.1 模型選擇50-51
• 3.3.2 物性參數(shù)51
• 3.3.3 邊界條件51-52
• 3.3.4 初始值及其它條件52
• 3.4 本章小結(jié)52-54
• 第四章 管殼式換熱器數(shù)值模擬結(jié)果分析54-80
• 4.1 傳統(tǒng)單弓形折流板管殼式換熱器數(shù)值模擬54-56
• 4.2 管殼式換熱器數(shù)值模擬計算準(zhǔn)確度驗證56-58
• 4.3 不同形狀折流板對管殼式換熱器性能的影響58-66
• 4.3.1 不同形狀折流板換熱器壓力分布58-61
• 4.3.2 不同形狀折流板換熱器溫度分布61-63
• 4.3.3 不同形狀折流板換熱器速度場分布63-64
• 4.3.4 不同形狀折流板換熱器Nu及f64-66
• 4.4 不同角度Y型折流板對管殼式換熱器性能的影響66-72
• 4.4.1 不同角度Y型折流板換熱器壓力分布66-68
• 4.4.2 不同角度Y型折流板換熱器溫度分布68-69
• 4.4.3 不同角度Y型折流板換熱器速度場分布69-71
• 4.4.4 不同角度Y型折流板換熱器Nu及f71-72
• 4.5 不同表面肋片T型折流板對換熱器性能的影響72-79
• 4.5.1 不同表面肋片T型折流板換熱器壓力分布73-74
• 4.5.2 不同表面肋片T型折流板換熱器溫度分布74-76
• 4.5.3 不同表面肋片T型折流板換熱器速度場分布76-77
• 4.5.4 不同表面肋片T型折流板換熱器Nu及f77-79
• 4.6 本章小結(jié)79-80
• 第五章 換熱器數(shù)值擬合及結(jié)構(gòu)優(yōu)化80-92
• 5.1 MATLAB簡介80-81
• 5.2 準(zhǔn)則方程的數(shù)值擬合81-85
• 5.3 T型折流板管殼式換熱器結(jié)構(gòu)優(yōu)化85-90
• 5.3.1 換熱器性能評價標(biāo)準(zhǔn)85-86
• 5.3.2 T型折流板結(jié)構(gòu)優(yōu)化86-90
• 5.4 本章小結(jié)90-92
• 第六章 總結(jié)與展望92-94
• 6.1 工作總結(jié)92-93
• 6.2 展望93-94
• 參考文獻94-98
• 致謝98-100
• 作者簡介100-101

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 李若蘭;丁杰;霍正齊;;管殼式換熱器殼程的傳熱強化[J];制冷;2014年03期

2 付磊;唐克倫;李良;王維慧;;管殼式換熱器流場數(shù)值模擬方法研究[J];現(xiàn)代制造工程;2013年01期

3 齊洪洋;高磊;張瑩瑩;周辰琳;;管殼式換熱器強化傳熱技術(shù)概述[J];壓力容器;2012年07期

4 付磊;付麗婭;唐克倫;文華斌;李良;;基于FLUENT的管殼式換熱器殼程流場數(shù)值模擬研究[J];四川理工學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版);2012年03期

5 廖國進;張軍強;;管殼式換熱器殼程特性的數(shù)值模擬研究[J];遼寧工業(yè)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2012年03期

6 姜進科;潘云陽;;管殼式換熱器優(yōu)化設(shè)計[J];化學(xué)工程與裝備;2008年05期

7 劉振宇;程惠爾;楊靜;;一次表面熱交換器的優(yōu)化設(shè)計分析[J];上海交通大學(xué)學(xué)報;2008年01期

8 胡巖;孫中寧;;折流板結(jié)構(gòu)對管殼式換熱器殼程流動與傳熱的影響[J];應(yīng)用科技;2007年09期

9 董其伍;劉敏珊;蘇立建;;管殼式換熱器研究進展[J];化工設(shè)備與管道;2006年06期

10 劉利平;黃萬年;;FLUENT軟件模擬管殼式換熱器殼程三維流場[J];化工裝備技術(shù);2006年03期

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本文編號：610111