板式换热器的流动与传热分析及结构优化

发布时间：2017-05-16 20:05

  本文关键词：板式换热器的流动与传热分析及结构优化，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：板式换热器作为一种通用的工业设备,因其传热系数高、结构紧凑、易拆洗等优点在化学、化工、制冷、食品、制药等多个工业领域中被广泛地运用。然而,板式换热器的流道形状复杂,叠放方式多种多样,长期以来,对其研究只停留在实验和经验基础上,缺乏预见性;其次,板式换热器的板体、横梁及螺栓的强度直接影响换热器的工作范围和使用寿命。因此,利用计算机软件分析板式换热器流道内流体的流动与传热状况以及整体结构的强度是一种节约成本,提高效率的有效途径。本文以某公司板式换热器DN32系列作为研究对象,借助流体力学分析软件Fluent和结构分析软件Ansys对板式换热器进行了流动与传热分析以及整体结构分析,并且在Isight集成平台下对整体进行了优化设计。本论文的主要研究内容有:(1)基于板式换热器流动与传热的机理,通过UG构建板式换热器冷热双流道计算模型,并进行网格划分,以Fluent为平台,选取标准k-ε湍流模型和SIMPLE算法对冷热双流道进行了三维数值模拟,分析得到了冷热双流道的温度场分布、压力场分布以及速度场分布,同时将数值计算结果与实际情况做对比,验证了计算的准确性。此外,本文还研究了不同流体速度对板式换热器流道换热能力与压降的影响,为选择最优流体速度提供了参考。(2)在螺栓预紧力作用和流体作用力下,对板式换热器整体结构进行了有限元分析,分析得出整体结构和各组件的变形情况以及等效应力分布情况,得到板式换热器受力的普遍规律,为板式换热器的结构开发和优化设计提供了参考依据。(3)为了获得改良的板式换热器结构,在Fluent和有限元分析的基础上结合多学科集成优化平台Isight对整体结构进行了优化设计研究。通过编制一系列命令流文件和批处理文件自动驱动结构模型的装配、网格的划分、数值分析以及显示结果,并结合NLPQL梯度优化算法,在满足性能约束和尺寸约束的前提下得到整体结构的最优解,对整体结构的优化设计具有较高的指导意义。
【关键词】：板式换热器 数值分析 Ansys分析 Isight集成 优化设计
【学位授予单位】：江苏科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK172
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-13
• 第1章 绪论13-20
• 1.1 研究背景和意义13-14
• 1.2 板式换热器的结构特点及换热原理14-15
• 1.3 国内外研究现状15-17
• 1.3.1 板式换热器流体力学分析现状15-16
• 1.3.2 板式换热器结构力学分析现状16-17
• 1.3.3 基于Isight的集成优化研究现状17
• 1.4 论文的主要研究内容17-20
• 第2章 数值模拟的理论基础及方法20-31
• 2.1 数值模拟的理论基础20-26
• 2.1.1 数值模拟研究20
• 2.1.2 流体流动的物理特性20-21
• 2.1.3 湍流模型和离散格式21-24
• 2.1.4 基本控制方程24-26
• 2.2 数值计算方法26-30
• 2.2.1 物理模型26-27
• 2.2.2 网格的划分27-28
• 2.2.3 边界条件的处理28-29
• 2.2.4 数值求解设置29
• 2.2.5 收敛方案的选择29-30
• 2.3 本章小结30-31
• 第3章 流体在波纹板间的流动与传热分析31-44
• 3.1 评价板式换热器性能的基本方法31-32
• 3.2 流体对流换热分析32-33
• 3.2.1 强制对流换热33
• 3.2.2 混合对流换热33
• 3.3 冷热双流道的数值模拟结果分析33-38
• 3.3.1 温度场分析33-35
• 3.3.2 压力场分析35-37
• 3.3.3 速度场分析37-38
• 3.4 流体入.速度对流道换热与压降的影响38-42
• 3.4.1 流体入.速度对流道换热的影响38-41
• 3.4.2 流体入.速度对流道压降的影响41-42
• 3.4.3 最优流体速度的选择42
• 3.5 总传热系数和压降的计算42-43
• 3.6 本章小结43-44
• 第4章 板式换热器整体结构的有限元分析44-55
• 4.1 有限元在结构分析中应用44-45
• 4.1.1 有限元法概述44-45
• 4.1.2 有限元分析的基本步骤45
• 4.2 板式换热器整体结构模型的建立45-47
• 4.2.1 模型生成的方法46
• 4.2.2 板式换热器有限元模型的建立46-47
• 4.3 有限元计算结果及分析47-54
• 4.3.1 计算结果47-49
• 4.3.2 结果分析49-54
• 4.4 本章小结54-55
• 第5章 板式换热器的优化设计55-69
• 5.1 板式换热器的多目标优化设计55-56
• 5.2 板式换热器的优化模型56-59
• 5.2.1 优化参数57-58
• 5.2.2 约束条件58-59
• 5.2.3 优化目标59
• 5.3 优化算法的选择59-60
• 5.4 基于Isight的集成优化流程的建立60-68
• 5.4.1 构建Isight集成优化平台60-61
• 5.4.2 集成UG61-63
• 5.4.3 集成Ansys63-66
• 5.4.4 优化结果及分析66-68
• 5.5 本章小结68-69
• 第6章 结论与展望69-71
• 参考文献71-74
• 致谢74

【参考文献】

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1 佘虎君;管壳式换热器的传热研究与结构优化[D];沈阳工业大学;2012年

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本文编号：371774