本文關(guān)鍵詞：板式換熱器板片的流動(dòng)特性及熱固耦合分析

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【摘要】：換熱器裝置是工業(yè)傳熱中應(yīng)用廣泛的設(shè)備。本論文主要研究的是人字形波紋板板式換熱器,流體介質(zhì)在波紋板間的傳熱機(jī)理和流動(dòng)特性是評(píng)價(jià)板式換熱器性能的重要指標(biāo),我們有必要對(duì)二者進(jìn)行深入的研究。但是板片間網(wǎng)狀流道內(nèi)介質(zhì)的相關(guān)特性十分復(fù)雜,僅依靠實(shí)驗(yàn)方法無(wú)法清晰認(rèn)識(shí)其內(nèi)部的流動(dòng)及換熱特性。隨著CFD(Computational Fluid Dynamics)技術(shù)及相應(yīng)軟件的日趨成熟、完善,換熱器流體仿真計(jì)算具備了有效解決途徑。但目前國(guó)內(nèi)有關(guān)換熱器板片通道內(nèi)流體特性數(shù)值計(jì)算的研究還非常有限,原因之一就是換熱器板片三維模型的開發(fā)難度較大,而換熱器板片三維造型對(duì)換熱器仿真分析、設(shè)計(jì)和開發(fā)又有重要意義。針對(duì)上述問(wèn)題,參照廠家提供的國(guó)外先進(jìn)換熱器板片,文中完成了換熱器板片的整體三維模型重構(gòu)設(shè)計(jì),并對(duì)建模質(zhì)量做出實(shí)驗(yàn)檢側(cè)和系統(tǒng)評(píng)價(jià),最后實(shí)現(xiàn)了換熱器板片關(guān)鍵區(qū)域內(nèi)的流體仿真計(jì)算。具體研究?jī)?nèi)容如下。1.采用3D SCANNER掃描儀獲取換熱器板片的點(diǎn)云數(shù)據(jù),參考逆向工程的思想方法,按照換熱器板片不同功能區(qū)分割點(diǎn)云,依照分割后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)在造型軟件中完成三維造型,生成完整的換熱器板片三維模型。2.搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái),采用測(cè)量精度較高的三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)系統(tǒng)對(duì)換熱器板片建模質(zhì)量進(jìn)行評(píng)價(jià)。通過(guò)將測(cè)量尺寸與建模尺寸相比較的方式給出建模數(shù)據(jù)、測(cè)量數(shù)據(jù),并計(jì)算出誤差數(shù)值和誤差占比,對(duì)建模尺寸和測(cè)量尺寸誤差較大處做修正處理,使得板片的平面度誤差控制在0.1 mm內(nèi)。3.首先選定換熱區(qū),建立了最佳波紋傾角流道簡(jiǎn)化模型,β為60o。用低雷諾數(shù)(Re)數(shù)k-ε模型進(jìn)行水流體介質(zhì)流動(dòng)和換熱特性的仿真計(jì)算,得到了Re和Nu的變化曲線。其次研究了導(dǎo)流區(qū)流道內(nèi)的流體特性,結(jié)果表明:導(dǎo)流區(qū)壓力場(chǎng)、流速場(chǎng)、溫度場(chǎng)分布比較均勻。最后分析了換熱區(qū)冷、熱流體和板片間的耦合特性,分析發(fā)現(xiàn):熱流體溫度分布主要集中在335 K~353 K,而冷流體的溫度分布主要集中在300 K~320 K。本文首次利用三座標(biāo)測(cè)量與數(shù)值構(gòu)造對(duì)比分析的方法,確定了人字形波紋板的具體結(jié)構(gòu)及三維模型。并分析了換熱性能,對(duì)廠家生產(chǎn)有指導(dǎo)意義。
【關(guān)鍵詞】：換熱器板片 逆向建模 三坐標(biāo)檢測(cè) 流動(dòng)特性
【學(xué)位授予單位】：長(zhǎng)春工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TK172
【目錄】：

• 摘要2-3
• Abstract3-8
• 第一章 緒論8-15
• 1.1 課題來(lái)源8
• 1.2 研究意義8-9
• 1.3 板式換熱器存在的問(wèn)題9-10
• 1.4 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-13
• 1.4.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀10-12
• 1.4.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀12-13
• 1.5 CFD技術(shù)在板式換熱器中的應(yīng)用13-14
• 1.6 本文主要研究?jī)?nèi)容14-15
• 第二章 計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)理論基礎(chǔ)15-23
• 2.1 計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)基本方程15-18
• 2.1.1 連續(xù)性方程15-16
• 2.1.2 動(dòng)量方程16-17
• 2.1.3 能量方程17-18
• 2.2 熱力學(xué)理論18-21
• 2.2.1 熱力學(xué)第一定律18-19
• 2.2.2 熱力學(xué)第二定律19-20
• 2.2.3 等熵理論20-21
• 2.3 計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)理論21-22
• 2.3.1 結(jié)構(gòu)離散21
• 2.3.2 單元選取21
• 2.3.3 整體組裝21-22
• 2.3.4 邊界條件22
• 2.3.5 計(jì)算結(jié)果及后處理22
• 2.4 本章小結(jié)22-23
• 第三章 換熱器板片整體三維模型建立23-31
• 3.1 造型技術(shù)23
• 3.2 獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù)23-24
• 3.2.1 接觸式測(cè)量23-24
• 3.2.2 非接觸式測(cè)量24
• 3.3 點(diǎn)云掃描實(shí)驗(yàn)24-25
• 3.4 點(diǎn)云數(shù)據(jù)預(yù)處理25-27
• 3.4.1 基于三基準(zhǔn)點(diǎn)的對(duì)齊方法25-26
• 3.4.2 點(diǎn)云數(shù)據(jù)的平滑與降噪處理26
• 3.4.3 點(diǎn)云數(shù)據(jù)精簡(jiǎn)26-27
• 3.5 板片建模及處理27-30
• 3.5.1 角孔區(qū)27
• 3.5.2 導(dǎo)流區(qū)27-28
• 3.5.3 換熱區(qū)28-29
• 3.5.4 外圍區(qū)29-30
• 3.6 換熱器板片組裝30
• 3.7 本章小結(jié)30-31
• 第四章 實(shí)際板片的三坐標(biāo)檢測(cè)31-41
• 4.1 試驗(yàn)設(shè)備簡(jiǎn)介31-32
• 4.2 三坐標(biāo)測(cè)量機(jī)系統(tǒng)(CMM)組成32
• 4.3 CMM系統(tǒng)測(cè)量原理32-34
• 4.4 板片裝夾34-36
• 4.5 試驗(yàn)數(shù)據(jù)及處理36-40
• 4.5.1 主要檢測(cè)部位36
• 4.5.2 檢測(cè)數(shù)據(jù)及分析36-40
• 4.6 本章小結(jié)40-41
• 第五章 換熱區(qū)流動(dòng)及傳熱特性的數(shù)值分析41-51
• 5.1 熱邊界層41-43
• 5.1.1 邊界層換熱微分方程41-42
• 5.1.2 二維穩(wěn)態(tài)對(duì)流換熱方程組簡(jiǎn)化式42-43
• 5.1.3 邊界層微分方程的相似解43
• 5.2 理論基礎(chǔ)43-44
• 5.2.1 數(shù)值計(jì)算所依據(jù)的數(shù)學(xué)模型假設(shè)43
• 5.2.2 模型選取43-44
• 5.3 換熱區(qū)模型44-46
• 5.4 數(shù)值模擬結(jié)果及分析46-48
• 5.5 模擬數(shù)據(jù)后處理48-50
• 5.6 本章小結(jié)50-51
• 第六章 換熱器流道傳熱及熱固耦合分析51-61
• 6.1 湍流模型51-52
• 6.2 導(dǎo)流區(qū)數(shù)值分析52-54
• 6.2.1 相關(guān)參數(shù)設(shè)置52
• 6.2.2 數(shù)值計(jì)算結(jié)果及分析52-54
• 6.3 換熱區(qū)仿真分析54-56
• 6.3.1 相關(guān)參數(shù)設(shè)置54
• 6.3.2 換熱區(qū)數(shù)值計(jì)算結(jié)果對(duì)比分析54-55
• 6.3.3 換熱區(qū)傳熱及阻力特性分析55-56
• 6.4 換熱區(qū)熱固耦合分析56-60
• 6.4.1 板片間的熱量傳遞56-58
• 6.4.2 冷熱流體及板片耦合分析58-60
• 6.5 本章小結(jié)60-61
• 第七章 結(jié)論61-63
• 7.1 全文總結(jié)61-62
• 7.2 工作展望62-63
• 致謝63-64
• 參考文獻(xiàn)64-68
• 作者簡(jiǎn)介68
• 攻讀碩士學(xué)位期間研究成果68-69

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本文編號(hào)：982589