基于旋梯式螺旋折流板的船用空调换热器数值模拟研究
发布时间：2020-12-06 11:39
远洋船舶在多海域航行,需要找出一种适应船用空调系统的换热器来适应不同航行海域的外界气象条件,使得船舶能够在极冷和极热环境中正常工作。换热器外部几何构造、内部介质流动以及传热换热过程都极其复杂,采用数值模拟研究换热器内部流动过程已成为首要的技术措施之一。本文以管壳式换热器为研究对象,通过数值模拟,得到了整个换热器的速度、温度和压力的流场分布,并对模拟结果进行分析比较。本文使用AutoCAD平台,创建了单弓形折流板、旋梯式折流板管壳式换热器的三维物理模型,通过Gambit软件对建立的三维模型进行网格划分。利用Fluent流体分析软件对划分好的换热器模型进行数值求解,探究单弓形折流板布置、旋梯式折流板尺寸对流动的影响。对比单弓形和旋梯式这两种不同形式折流板对流动的影响,并对旋梯式折流板换热器进行进一步的改进。本文模拟研究的要点是:针对制冷和制热的情况,首先对A段分别为100mm、150mm、200mm、250mm、300mm,板间距分别为200mm、143mm、111mm的单弓形折流板换热器的壳程流体流动进行模拟分析;其次对a段长度分别为86mm、64.5mm和51.6mm的旋梯式螺旋折流板...
【文章来源】：江苏科技大学江苏省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
管壳式换热器
(a)单弓形折流板 (b)连续螺旋折流板 (c)螺旋折流板图 1.2 不同形式的折流板Fig.1.2 Different types of baffles1.3 空调换热器国内外研究现状1.3.1 管壳式换热器研究现状近年来，各种新型换热器不断兴起，其优良的换热性能挑战着管壳式换热器的地位，甚至在个别领域的应用中，管壳式换热器已被渐渐取代。但是由于其经济可靠性高，适用范围广，至今仍然处于统治地位。例如在日本，管壳式换热器的产量占换热器有关的行业70%。高效紧凑式换热器的不断挑战，也促进了管壳式换热器的更新与发展。在目前，为了了解如何提高管壳式换热器的换热性能，该领域的专家学者们对其做了大量的优化探究，其大致方向如下：（1）增大换热面积。其主要方向是几何尺寸的大型化，通过把管壳式换热器的几
江苏科技大学工学硕士学位论文16按要求建立的的几何模型如图3.1所示，为了方便观察内部结构，左侧展示的是整个换热器壳体的整体结构，右边为其沿换热管方向的轴向半剖图。此外，折流板作为本文模拟的一个变量，会随着不同模型优化的改变而改变，所以尚未画出。文章会对研究的两种折流板的形式做简单的介绍。(a)整体结构图 (b)轴向半剖图图 3.1 换热器简化模型Fig.3.1 Simplified model of the heat exchanger为方便对比，对本文管壳式换热器的设计，除了折流板布置和形式不同之外，其余尺寸完全相同。换热管呈正三角形排列，换热器主要结构尺寸如表3.1所示：表 3.1 换热器结构主要尺寸Table 3.1 Main dimensions of heat exchanger structure换热器结构 几何尺寸及计算工况 换热器结构 几何尺寸及计算工况壳体（mm） φ270×6 壳程总长（mm） 1000换热管（mm） φ25×2.5 热管数目 40 根管间距（mm） 32 进出口管（mm） φ270×5对于折流板而言，也有定性的尺寸是保持不变的，如折流板缺口高度及折流板厚度，其主要尺寸设置如表3.2所示。折流板的缺口高度应该能使壳程流体通过折流板缺口时的流速
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于新型换热评价指标的管壳式换热器折流板结构优化[J]. 郑平,王嘉迪,陈旭. 江苏大学学报(自然科学版). 2018(01)
[2]基于Fluent的管壳式换热器数值模拟及优化[J]. 李青,孟玮,王鹏. 电子机械工程. 2016(04)
[3]应用LNG冷能的船舶空调系统设计及分析[J]. 马哲树,董瑞,葛鹰,李庆,杨珊珊. 江苏科技大学学报(自然科学版). 2016(03)
[4]远洋船舶空调系统的动态负荷仿真分析[J]. 成华,赵忠超,史策,丰威仙,云龙. 江苏科技大学学报(自然科学版). 2015(01)
[5]三角区漏流对螺旋折流板换热器综合性能的影响[J]. 刘敏珊,许伟峰,靳遵龙,王永庆,王丹. 郑州大学学报(工学版). 2014(06)
[6]旋梯式螺旋折流板换热器优化结构的数值模拟[J]. 文键,杨辉著,王斯民,薛玉兰,杜冬冬. 西安交通大学学报. 2014(11)
[7]管壳式换热器的工艺设计方法[J]. 陈海峰,石磊. 天津职业院校联合学报. 2014(02)
[8]管壳式换热器折流板缺口高度的优化[J]. 王明军,时章明,李明辉,沈浩. 有色冶金节能. 2011(05)
[9]基于SIMPLE算法求解Navier-Stokes方程[J]. 王光兰,杨克俭. 现代计算机(专业版). 2011(05)
[10]管壳式换热器壳程流体流动与换热的数值模拟[J]. 谢洪虎,江楠. 化学工程. 2009(09)
硕士论文
[1]全海域新型船舶空调系统及其特性分析[D]. 黎俊.江苏科技大学 2016
[2]不同折流板管壳式换热器数值模拟[D]. 华媛.青岛科技大学 2014
[3]船用换热器流动与传热的三维流场数值模拟研究[D]. 王冶.上海交通大学 2013
[4]弓形折流板换热器壳程流体流动与传热的数值模拟[D]. 乔智晶.哈尔滨工程大学 2009
本文编号：2901301
【文章来源】：江苏科技大学江苏省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
管壳式换热器
(a)单弓形折流板 (b)连续螺旋折流板 (c)螺旋折流板图 1.2 不同形式的折流板Fig.1.2 Different types of baffles1.3 空调换热器国内外研究现状1.3.1 管壳式换热器研究现状近年来，各种新型换热器不断兴起，其优良的换热性能挑战着管壳式换热器的地位，甚至在个别领域的应用中，管壳式换热器已被渐渐取代。但是由于其经济可靠性高，适用范围广，至今仍然处于统治地位。例如在日本，管壳式换热器的产量占换热器有关的行业70%。高效紧凑式换热器的不断挑战，也促进了管壳式换热器的更新与发展。在目前，为了了解如何提高管壳式换热器的换热性能，该领域的专家学者们对其做了大量的优化探究，其大致方向如下：（1）增大换热面积。其主要方向是几何尺寸的大型化，通过把管壳式换热器的几
江苏科技大学工学硕士学位论文16按要求建立的的几何模型如图3.1所示，为了方便观察内部结构，左侧展示的是整个换热器壳体的整体结构，右边为其沿换热管方向的轴向半剖图。此外，折流板作为本文模拟的一个变量，会随着不同模型优化的改变而改变，所以尚未画出。文章会对研究的两种折流板的形式做简单的介绍。(a)整体结构图 (b)轴向半剖图图 3.1 换热器简化模型Fig.3.1 Simplified model of the heat exchanger为方便对比，对本文管壳式换热器的设计，除了折流板布置和形式不同之外，其余尺寸完全相同。换热管呈正三角形排列，换热器主要结构尺寸如表3.1所示：表 3.1 换热器结构主要尺寸Table 3.1 Main dimensions of heat exchanger structure换热器结构 几何尺寸及计算工况 换热器结构 几何尺寸及计算工况壳体（mm） φ270×6 壳程总长（mm） 1000换热管（mm） φ25×2.5 热管数目 40 根管间距（mm） 32 进出口管（mm） φ270×5对于折流板而言，也有定性的尺寸是保持不变的，如折流板缺口高度及折流板厚度，其主要尺寸设置如表3.2所示。折流板的缺口高度应该能使壳程流体通过折流板缺口时的流速
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于新型换热评价指标的管壳式换热器折流板结构优化[J]. 郑平,王嘉迪,陈旭. 江苏大学学报(自然科学版). 2018(01)
[2]基于Fluent的管壳式换热器数值模拟及优化[J]. 李青,孟玮,王鹏. 电子机械工程. 2016(04)
[3]应用LNG冷能的船舶空调系统设计及分析[J]. 马哲树,董瑞,葛鹰,李庆,杨珊珊. 江苏科技大学学报(自然科学版). 2016(03)
[4]远洋船舶空调系统的动态负荷仿真分析[J]. 成华,赵忠超,史策,丰威仙,云龙. 江苏科技大学学报(自然科学版). 2015(01)
[5]三角区漏流对螺旋折流板换热器综合性能的影响[J]. 刘敏珊,许伟峰,靳遵龙,王永庆,王丹. 郑州大学学报(工学版). 2014(06)
[6]旋梯式螺旋折流板换热器优化结构的数值模拟[J]. 文键,杨辉著,王斯民,薛玉兰,杜冬冬. 西安交通大学学报. 2014(11)
[7]管壳式换热器的工艺设计方法[J]. 陈海峰,石磊. 天津职业院校联合学报. 2014(02)
[8]管壳式换热器折流板缺口高度的优化[J]. 王明军,时章明,李明辉,沈浩. 有色冶金节能. 2011(05)
[9]基于SIMPLE算法求解Navier-Stokes方程[J]. 王光兰,杨克俭. 现代计算机(专业版). 2011(05)
[10]管壳式换热器壳程流体流动与换热的数值模拟[J]. 谢洪虎,江楠. 化学工程. 2009(09)
硕士论文
[1]全海域新型船舶空调系统及其特性分析[D]. 黎俊.江苏科技大学 2016
[2]不同折流板管壳式换热器数值模拟[D]. 华媛.青岛科技大学 2014
[3]船用换热器流动与传热的三维流场数值模拟研究[D]. 王冶.上海交通大学 2013
[4]弓形折流板换热器壳程流体流动与传热的数值模拟[D]. 乔智晶.哈尔滨工程大学 2009
本文编号：2901301
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