基于Fluent管壳式换热器数值模拟及优化

发布时间：2017-08-02 16:12

  本文关键词：基于Fluent管壳式换热器数值模拟及优化

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【摘要】：随着全球性能源危机的持续加重,人们越来越重视对能源的二次利用,换热器作为一种重要的能量交换设备,已经被广泛的应用于各个行业。传统的单弓形折流板管壳式换热器则是当前使用最广泛,市场占有率最高的换热设备。但由于其壳程流体容易产生换热死区,导致换热效率低下,同时折流板的存在使得流体对换热管束产生强烈的横向冲击,诱导换热管束发生振动,使得换热器在工作时产生噪音,降低了换热器工作的可靠性,甚至产生破坏。为了解决单弓形折流板管壳式换热器存在的不足,人们提出了各种新型折流板管壳式换热器,但由于其大多生产加工困难,对设备使用和维护的条件要求较高,造成成本较高。此外,高端换热器的研究和使用多集中在发达国家,我国自主生产研究相对落后,新型折流板管壳式换热器在我国的使用受到了很大的限制。因此,寻找一种高效的新型折流板换热器具有非常重要的意义。本文在对当前管壳式换热器结构特点及特性进行讨论后提出了两种新的折流板结构:Y型折流板和T型折流板。文章使用了ANSYS Workbench平台,创建了单弓形折流板、Y型折流板和T型折流板管壳式换热器的几何模型及有限元模型,利用Fluent流体分析软件对换热器模型进行求解。本文分析了换热器在不同流体入口速度下的壳程流体流动状态,对比了三种不同折流板结构换热器壳程流体的压力、温度、速度、Nu以及f等换热性能。针对Y型折流板管壳式换热器,研究了折流板侧板夹角对Y型折流板换热器壳程换热性能的影响,分析了三种不同角度(30°、50°和70°)Y型折流板换热器,得到其壳程流体流场分布状况。对T型折流板管壳式换热器则探讨了折流板表面肋片对换热器性能的影响,文章同样分析了三种不同形式肋片(光滑、三角形、矩形)T型折流板换热器壳程流场分布状态。通过上述对比分析,得到T型折流板换热器换热效果最佳。对于T型折流板管壳式换热器,本文使用MATLAB数值处理软件拟合出其壳程流体换热准则方程,并利用Design Exploration多目标优化工具,对T型折流板的结构参数进行优化。通过本文的研究工作,对Y型及T型折流板管壳式换热器换热性能有了初步的了解,考虑到相比与传统单弓形折流板管壳式换热器及新型折流板换热器,这两种折流板结构都有自己的优势,在以后的生产活动中将有广泛的应用前景。
【关键词】：管壳式换热器 Fluent 折流板 数值模拟 优化
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TK172
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-12
• 符号对照表12-14
• 缩略语对照表14-18
• 第一章 绪论18-30
• 1.1 课题背景18-19
• 1.2 换热器的分类及国内外发展概况19-26
• 1.2.1 换热器分类19
• 1.2.2 管壳式换热器的结构19-20
• 1.2.3 管壳式换热器国内外发展概况20-26
• 1.3 本文研究的内容及意义26-30
• 1.3.1 本文研究的意义26-28
• 1.3.2 本文研究的内容28-30
• 第二章 计算流体力学及传热学基础理论30-44
• 2.1 计算流体力学简介30-31
• 2.2 数值计算基本方法31-32
• 2.2.1 有限差分法31
• 2.2.2 有限元法31-32
• 2.2.3 有限容积法32
• 2.2.4 谱方法32
• 2.2.5 边界元法32
• 2.3 流体流动基本特性32-36
• 2.3.1 基本概念32-33
• 2.3.2 流体流动状态33-36
• 2.4 传热基本原理36-38
• 2.4.1 热传导36-37
• 2.4.2 热对流37
• 2.4.3 热辐射37-38
• 2.5 流体换热控制方程38-41
• 2.5.1 连续性方程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软件简介41-42
• 2.7 本章小结42-44
• 第三章 管壳式换热器求解模型的建立44-54
• 3.1 几何模型的建立44-46
• 3.2 网格划分46-50
• 3.2.1 网格的连续性46-47
• 3.2.2 边界层47-48
• 3.2.3 网格质量48
• 3.2.4 网格划分结果48-50
• 3.3 求解参数设置50-52
• 3.3.1 模型选择50-51
• 3.3.2 物性参数51
• 3.3.3 边界条件51-52
• 3.3.4 初始值及其它条件52
• 3.4 本章小结52-54
• 第四章 管壳式换热器数值模拟结果分析54-80
• 4.1 传统单弓形折流板管壳式换热器数值模拟54-56
• 4.2 管壳式换热器数值模拟计算准确度验证56-58
• 4.3 不同形状折流板对管壳式换热器性能的影响58-66
• 4.3.1 不同形状折流板换热器压力分布58-61
• 4.3.2 不同形状折流板换热器温度分布61-63
• 4.3.3 不同形状折流板换热器速度场分布63-64
• 4.3.4 不同形状折流板换热器Nu及f64-66
• 4.4 不同角度Y型折流板对管壳式换热器性能的影响66-72
• 4.4.1 不同角度Y型折流板换热器压力分布66-68
• 4.4.2 不同角度Y型折流板换热器温度分布68-69
• 4.4.3 不同角度Y型折流板换热器速度场分布69-71
• 4.4.4 不同角度Y型折流板换热器Nu及f71-72
• 4.5 不同表面肋片T型折流板对换热器性能的影响72-79
• 4.5.1 不同表面肋片T型折流板换热器压力分布73-74
• 4.5.2 不同表面肋片T型折流板换热器温度分布74-76
• 4.5.3 不同表面肋片T型折流板换热器速度场分布76-77
• 4.5.4 不同表面肋片T型折流板换热器Nu及f77-79
• 4.6 本章小结79-80
• 第五章 换热器数值拟合及结构优化80-92
• 5.1 MATLAB简介80-81
• 5.2 准则方程的数值拟合81-85
• 5.3 T型折流板管壳式换热器结构优化85-90
• 5.3.1 换热器性能评价标准85-86
• 5.3.2 T型折流板结构优化86-90
• 5.4 本章小结90-92
• 第六章 总结与展望92-94
• 6.1 工作总结92-93
• 6.2 展望93-94
• 参考文献94-98
• 致谢98-100
• 作者简介100-101

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 李若兰;丁杰;霍正齐;;管壳式换热器壳程的传热强化[J];制冷;2014年03期

2 付磊;唐克伦;李良;王维慧;;管壳式换热器流场数值模拟方法研究[J];现代制造工程;2013年01期

3 齐洪洋;高磊;张莹莹;周辰琳;;管壳式换热器强化传热技术概述[J];压力容器;2012年07期

4 付磊;付丽娅;唐克伦;文华斌;李良;;基于FLUENT的管壳式换热器壳程流场数值模拟研究[J];四川理工学院学报(自然科学版);2012年03期

5 廖国进;张军强;;管壳式换热器壳程特性的数值模拟研究[J];辽宁工业大学学报(自然科学版);2012年03期

6 姜进科;潘云阳;;管壳式换热器优化设计[J];化学工程与装备;2008年05期

7 刘振宇;程惠尔;杨静;;一次表面热交换器的优化设计分析[J];上海交通大学学报;2008年01期

8 胡岩;孙中宁;;折流板结构对管壳式换热器壳程流动与传热的影响[J];应用科技;2007年09期

9 董其伍;刘敏珊;苏立建;;管壳式换热器研究进展[J];化工设备与管道;2006年06期

10 刘利平;黄万年;;FLUENT软件模拟管壳式换热器壳程三维流场[J];化工装备技术;2006年03期

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本文编号：610111