板式换热器板片导流区流动特性分析

摘要

换热器是一种普遍应用的节能设备，是在冶金、电力、石油、化工、轻工、食品等行业用来实现物料之间热量传递的工艺设备。在现代工业中，由于板式换热器具有传热系数大，占地面积小，种类繁多等优点，这使得板式换热器的应用领域正在逐渐扩大，板式换热器也正在取代传统换热器如管式换热器、管板式换热器等。本文主要研究人字形板片板式换热器，由于板片快速导流区的流动特性和传热特性是衡量板式换热器非常重要的指标，它们将直接影响板式换热器的工作能力，但是国内外对这方面研究比较少，对板片快速导流区结构特征如何影响换热器工作效率的相关总结也不够完善，而板片快速导流区却是影响板式换热器换热性能的关键。针对此问题本文共分四个研究部分:
　　首先，分析国内外板式换热器发展现状，对计算流体动力学仿真计算原理进行分析，依托板式换热器中换热性能及流动特性，确定导流区相关技术参数。
　　其次，依据厂家提供原始设计参数范围，建立一种板式换热器快速导流区、换热区结构模型及CFD分析模型，讨论模型入口、出口、边界条件及温度、压强、速度项数值条件，完成CFD仿真工作，为后续章节优化工作提供技术支持。
　　再次，采用均匀试验方法，对人字形板式换热器快速导流区、换热区模型进行参数优化工作，得到最佳导流区参数值是倾角ψ为50°，峰间距h为20mm，弧半径R为140 mm。
　　最后，试验验证，本论文所做的是测量试验。该试验主要是测量板式换热器人字形板片中快速导流区几何参数数值，验证并讨论前面章节中的优化设计结论。试验测出了真实数据，数值分别为峰间距20.2 mm，倾角为50.3°，弧半径为140.3 mm。结果表明:与仿真试验数值相吻合，证明了仿真数据的准确性。
　　通过查阅国内外板式换热器的研究成果可知，在众多板式换热器板片结构中，标准人字形板片构造的传热和流动特性效果最佳，国内对板式换热器快速导流区及换热区域各参数的获取都是通过逆向的方式获取，而基于快速导流区弧半径、倾角及峰间距参数优化的人字形板片，根据关于人字形板式换热器的现有相关信息，没有学者针对人字形板片快速导流区和换热区给出具体参数定性分析。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 课题的来源及意义

1．1．1 课题来源

1．2．1 课题研究意义

1．2 论文选题在该领域国内、国外研究现状

1．2．1 板式换热器设计中的CFD相关技术

1．2．2 板式换热器优化设计相关方法

1．2．3 板式换热器制造相关技术

1．2．4 国内外研究现状总结

1．3 拟解决关键问题

1．4 本文主要研究内容

第二章 计算流体动力学基本方程

2．1 引言

2．2 流体动计算力学基本方程

2．2．1 连续性方程

2．2．2 动量方程

2．2．3 能量方程

2．3 热力学理论

2．3．1 热力学第一定律

2．3．2 热力学第二定律

2．3．3 等熵理论

2．4 计算流体动力学理论分析过程

2．4．1 结构离散

2．4．2 单元分析

2．4．3 整体分析

2．4．4 边界条件处理与求解

2．4．5 结果后处理

2．5 本章小结

第三章 人字形板式换热器计算流体动力学仿真

3．1 引言

3．2 仿真计算模型

3．2．1 设计板式换热器人字形板片模型

3．3 设定计算仿真条件参数

3．4 计算流体动力学仿真

3．4．1 迭代求解

3．4．2 数值仿真结果

3．5 数据处理

3．6 本章小节

第四章 人字形板式换热器快速导流区结构优化

4．1 引言

4．2 均匀设计

4．3 试验点安排

4．3 数值分析结果

4．4 优化与数据处理

4．5 本章小节

第五章 试验验证

5．1 引言

5．2 试验原理

5．3 试验设备

5．4 试验结果与数据处理

5．5 小结

第六章 结论

6．1 本文完成工作及创新点

6．1．1 完成工作

6．1．2 创新点

6．2 文章不足与展望

6．2．1 文章不足

6．2．2 未来工作展望

致谢

参考文献

作者简介

攻读硕士学位期间研究成果

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