基于场协同原理的板式换热器的传热性能数值研究
发布时间：2021-03-21 11:22
板式换热器作为工业上应用范围广,传热效率高,经济性成本低的高效换热器,在现如今高速发展趋势下,一直被不断优化和改进。本文的研究旨在通过CFD数值模拟方法,构建板片流道数学模型,设置一定的边界条件,通过改变三维数学模型结构,从而对流道内的传热和阻力起到优化。结合场协同原理探究板式换热器内部的传热特性,结构的改变是如何影响压力以及温度的协同性,以获得传热优化并取得在目前主流板型下的最优结构参数。本文根据目前主流换热器阿法拉伐M10-MFM板片的结构应用Solidworks软件进行数学建模,在合理划分网格后将模型导入fluent进行模拟,应用软件自带的udf编程软件把协同角语言输入,以求得出传热场云图以及协同角云图。之后使用控制变量方法,改变波纹倾角β、波纹深度h和波纹间距λ中的其中一个量,保持另外两参数不变,得到不同参数下的温度场、压力场、速度场以及协同角云图。在数据的后处理中,计算出不同参数下的平均压力协同角θm、平均温度协同角θn、Nu数和进出口压差,以探究压力场和流场的协同、温度场和流场的协同、传热和阻力的关系。在进行模拟的过程中可以发现,网格节点数量大于600万时,进出口压差变化趋...
【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２板式换热器结构图??Ｆｉｇ．?１．２?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｐｌａｔｅ?ｈｅａｔ?ｅｘｃｈａｎｇｅｒ??
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?大连海事大学专业学位硕士学位论文???上图３．３和图３．４为冷热水侧的进出口温度图，模拟值在变化趋势与实验值一致，??在热水一侧随着进口流量的增大，出口温度呈现减＋趋势；在冷水侧出口温度随进口流??量的增大而增大。经过计算，平均误差在１５％以内，说明模拟的结果可靠可信，可以进??行接下来的模拟分析。??本文采用Ｈｕｅｎｔ软件，对不同结构参数的板式换热器流道进行模拟计算，选用ｋ－ｓ??中ＳＳＴ湍流模型，采用非耦合式隐式算法，速度和压力场采用ｓｉｍｐｌｅｃ算法，采用二阶??精度计算。进出口边界条件为入口给定速度和温度的速度入口条件，出口给定温度的压??力出口。流道的两侧采用恒温条件，其他面设置为绝热条件，计算过程忽略重力影响，??不计液体由于温度变化对密度＞生的影响。??３．２换热器内流尝温度尝压力场分析??为了探究换热器内部温度尝压力尝速度场的分布，选取进口温度分别为５０°Ｃ和??２ｒｃ的热水和冷水两侧，进口流量设置为５０Ｈ／Ｌ，其他边界条件不变进行模拟，在距波??纹顶端０．０００３７ｍ处截得平面，现做出如下云图。??３．２．?１换热器内部速度场??Ｖｅｌｏｃｉｔｙ?彰＇??Ｖｅｃｔｏｒ?１??２．４２７ｅ＋００??１．８２０ｅ＋００??ｉ?２ｉ３ｅ＋ｏ〇?＿?…没ｗ??６．０６６ｅ－０１?．?＊??ｔ．ｒ＋。。?一?一?：．??；■?■??Ｙ??〇?０－１５０?０?３００?（ｍ）??０．０７５?０２２５??图３．５换热器整体速度矢量图??Ｆｉｇ．?３．５?Ｈｅａｔ?ｅｘｃｈａｎｇｅｒ?ｏｖｅｒａｌｌ?ｓｐｅｅｄ?ｖｅｃｔｏｒ??－２５?－??
【参考文献】：
期刊论文
[1]某型号板式换热器数值模拟研究[J]. 敖武平,华祯,李元鲁,徐静雅,宋印东. 船舶物资与市场. 2019(07)
[2]场协同螺杆结构参数对强化传热效果的影响[J]. 马建新,张有忱,鉴冉冉,谢鹏程,杨卫民. 塑料工业. 2019(07)
[3]基于场协同理论的高温热管散热模拟分析[J]. 于萍,耿伟轩,邵园园,郭华锋. 流体机械. 2019(03)
[4]平板通道层流对流传热强化的场协同和耗散分析[J]. 郭训虎,马芳芳,吉亚萍. 区域供热. 2018(05)
[5]板式换热器结构参数优化设计[J]. 潘旭,姜未汀,黄永帅,韩维哲,史文斯. 制冷技术. 2017(06)
[6]板式换热器综合性能的多场协同分析[J]. 张玉锋,李旭圆,贾令剑. 山东工业技术. 2016(03)
[7]板式换热器的研究现状及进展[J]. 张林辉,李春兰,王森,李占英. 化学工程与装备. 2015(10)
[8]倾角不同波纹板片组合板式换热器流动换热分析[J]. 张井志,田茂诚,张冠敏,李蔚,马连湘,冷学礼. 工程热物理学报. 2014(07)
[9]场协同理论应用于强化换热技术的研究进展[J]. 杨虹,宣永梅. 洁净与空调技术. 2014(02)
[10]非均匀热流边界条件下螺旋管内流动传热的场协同分析[J]. 崔文智,尹飞. 化工学报. 2014(S1)
硕士论文
[1]人字形板片结构参数对板式换热器传热与流阻特性影响研究[D]. 邱小亮.华南理工大学 2013
本文编号：3092778
【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．２板式换热器结构图??Ｆｉｇ．?１．２?Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｐｌａｔｅ?ｈｅａｔ?ｅｘｃｈａｎｇｅｒ??
???的拟合。??４．０－１?１?．?１???１???１???１??４．５－１?１???■?Ｉ???Ｉ???１???１???３５．?／?．?４．〇；?Ｓｒａ／?．??ｆ：?＾：??１．０－１?１???１???１???１???１??１．０－１——Ｉ???１???????????１???５０?６０?７０?８０?９０?５０?６０?７０?８０?９０??Ｇ（Ｌ／Ｈ）?Ｇ（Ｌ／Ｈ）??图３．１热水侧压降随流量的变ｆ七?图３．２冷水侧压降随流量的变化??Ｆｉｇ．?３．１?Ｖａｒｉａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｓｉｄｅ?ｐｒｅｓｓｕｒｅ?ｄｒｏｐ?ｏｆ?ｈｏｔ?Ｆｉｇ．?３．２?Ｃｏｌｄ?ｗａｔｅｒ?ｓｉｄｅ?ｐｒｅｓｓｕｒｅ?ｄｒｏｐ?ｃｈａｎｇｅｓ??ｗａｔｅｒ?ｗｉｔｈ?ｆｌｏｗ?ｗｉｔｈ?ｆｌｏｗ??上图３．１和图３．２是热水侧和冷水侧压降值的实验与模拟值的对比，当换热器的入??口流量增加时，热水冷水侧的压力降均增大，模拟值大于实验值，并且实验值和模拟值??的变化趋势一致，实验值和模拟值的最大偏差为１３％，分析主要是由于模型的建立和论??文中实验的模型器材建立有差异，例如在建立模型过程中为了简便，对换热器的角孔以??及换热器的流道做了一定的优化。这里能看出模拟和实验数据的变化趋势－致性，说明??本次模拟结果的可靠性，为之后的模拟计算和优化奠定基矗??Ｉ??３６－１?１???１???１???１???１??４６－｜?１???１???１???１???１???３４－?ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ?．?．．?＿?—ｅｘｐｅ
?大连海事大学专业学位硕士学位论文???上图３．３和图３．４为冷热水侧的进出口温度图，模拟值在变化趋势与实验值一致，??在热水一侧随着进口流量的增大，出口温度呈现减＋趋势；在冷水侧出口温度随进口流??量的增大而增大。经过计算，平均误差在１５％以内，说明模拟的结果可靠可信，可以进??行接下来的模拟分析。??本文采用Ｈｕｅｎｔ软件，对不同结构参数的板式换热器流道进行模拟计算，选用ｋ－ｓ??中ＳＳＴ湍流模型，采用非耦合式隐式算法，速度和压力场采用ｓｉｍｐｌｅｃ算法，采用二阶??精度计算。进出口边界条件为入口给定速度和温度的速度入口条件，出口给定温度的压??力出口。流道的两侧采用恒温条件，其他面设置为绝热条件，计算过程忽略重力影响，??不计液体由于温度变化对密度＞生的影响。??３．２换热器内流尝温度尝压力场分析??为了探究换热器内部温度尝压力尝速度场的分布，选取进口温度分别为５０°Ｃ和??２ｒｃ的热水和冷水两侧，进口流量设置为５０Ｈ／Ｌ，其他边界条件不变进行模拟，在距波??纹顶端０．０００３７ｍ处截得平面，现做出如下云图。??３．２．?１换热器内部速度场??Ｖｅｌｏｃｉｔｙ?彰＇??Ｖｅｃｔｏｒ?１??２．４２７ｅ＋００??１．８２０ｅ＋００??ｉ?２ｉ３ｅ＋ｏ〇?＿?…没ｗ??６．０６６ｅ－０１?．?＊??ｔ．ｒ＋。。?一?一?：．??；■?■??Ｙ??〇?０－１５０?０?３００?（ｍ）??０．０７５?０２２５??图３．５换热器整体速度矢量图??Ｆｉｇ．?３．５?Ｈｅａｔ?ｅｘｃｈａｎｇｅｒ?ｏｖｅｒａｌｌ?ｓｐｅｅｄ?ｖｅｃｔｏｒ??－２５?－??
【参考文献】：
期刊论文
[1]某型号板式换热器数值模拟研究[J]. 敖武平,华祯,李元鲁,徐静雅,宋印东. 船舶物资与市场. 2019(07)
[2]场协同螺杆结构参数对强化传热效果的影响[J]. 马建新,张有忱,鉴冉冉,谢鹏程,杨卫民. 塑料工业. 2019(07)
[3]基于场协同理论的高温热管散热模拟分析[J]. 于萍,耿伟轩,邵园园,郭华锋. 流体机械. 2019(03)
[4]平板通道层流对流传热强化的场协同和耗散分析[J]. 郭训虎,马芳芳,吉亚萍. 区域供热. 2018(05)
[5]板式换热器结构参数优化设计[J]. 潘旭,姜未汀,黄永帅,韩维哲,史文斯. 制冷技术. 2017(06)
[6]板式换热器综合性能的多场协同分析[J]. 张玉锋,李旭圆,贾令剑. 山东工业技术. 2016(03)
[7]板式换热器的研究现状及进展[J]. 张林辉,李春兰,王森,李占英. 化学工程与装备. 2015(10)
[8]倾角不同波纹板片组合板式换热器流动换热分析[J]. 张井志,田茂诚,张冠敏,李蔚,马连湘,冷学礼. 工程热物理学报. 2014(07)
[9]场协同理论应用于强化换热技术的研究进展[J]. 杨虹,宣永梅. 洁净与空调技术. 2014(02)
[10]非均匀热流边界条件下螺旋管内流动传热的场协同分析[J]. 崔文智,尹飞. 化工学报. 2014(S1)
硕士论文
[1]人字形板片结构参数对板式换热器传热与流阻特性影响研究[D]. 邱小亮.华南理工大学 2013
本文编号：3092778
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