板式换热器板片传热与阻力性能及冲压成形工艺研究

发布时间：2017-11-08 01:26

  本文关键词：板式换热器板片传热与阻力性能及冲压成形工艺研究

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【摘要】：板式换热器是一种由一系列波纹板片叠加而成的新型高效换热器,目前广泛应用于石油、能源等领域。板片是板式换热器的“灵魂”,其结构与波纹形状直接决定换热器的传热、阻力及承压性能的优劣。另外,板片的冲压成形质量对其组装效果与各方面性能均有重要的影响作用。因此,对板式换热器的板片形状和成形工艺进行设计与优化具有重要的理论研究意义与实际应用价值。本文以三角形凸台板式换热器的板片作为研究对象,建立了板片换热过程的数值模拟模型,详细分析了板片形状参数对介质流动形态、板片传热与阻力性能的影响规律,对带凹坑与不带凹坑的三角形凸台板片的传热、阻力及承压性能进行了对比研究,并探讨了带凹坑板片的冲压成形质量随压边力等工艺与模具参数的变化规律。采用CFD软件Fluent建立了凸台高度或凸台顶部圆角半径不同的多组三角形凸台板片流道的区域模型,获得了各组模拟中流体的速度场、温度场及压力场,分析了不同雷诺数条件下各种流场内的努赛尔数、换热因子、面积质量因子等传热学参数的变化规律,揭示了凸台高度与凸台顶部圆角半径对板片传热及阻力性能的影响规律。通过拟合数值模拟结果数据,获得了包含以上两个板形参数在内的三角形凸台板式换热器的换热准则关系式。基于不带凹坑的三角形凸台板片,在每列三角形凸台上添加固定间距的凹坑,得到了一种新式板片,并运用数值模拟方法对两种板片板间流道内的换热过程进行了研究,获得了两种流道内的介质流动形态以及努赛尔数等传热学参数随雷诺数的变化规律,对两种三角形凸台板片的传热及阻力性能进行了对比分析。采用ANSYS Workbench软件对两种板片的区域模型进行应力应变分析,揭示了添加凹坑对板片应力应变分布的影响,并对比研究了两种三角形凸台板片的承压性能。采用CAE软件AUTOFORM对带凹坑的三角形凸台板片进行了冲压成形过程数值模拟与回弹分析,揭示了板片成形后减薄与翘曲回弹现象的分布情况,基于正交试验设计方法分析了压边力、模具间隙、冲压速度及摩擦因数四个工艺与模具参数对板片减薄率和翘曲变形量的影响作用大小和影响规律,并提出了降低板片减薄与翘曲变形程度以及提高板片成形质量的方法与措施。
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK172

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本文编号：1155004