滴滤咖啡机即热系统优化设计

摘要

为提高咖啡机出口水流温度和加热管的使用寿命，本课题围绕优化目标——在增加输入功率情况并保证加热管温度不大幅升高的情况下，增加单位时间出水量，以达到减少出口温降的目的，对加热系统进行传热强化方面的优化设计。基于有限元理论建立了滴滤咖啡机加热系统的CFX数值仿真模型，分析了加热管温度、流水压降、热交换情况和加热管干烧温度、应力应变分布的特点。利用热电偶温度测试验证了数值模型建立的准确性。
　　综合理论和仿真分析，建立了扁型加热管模型，仿真结果表明该模型在热交换方面改进明显。在扁型加热管内添置肋片结构，使得传热面积增加了近10％，传热效率显著提高。又基于热管散热理论与研究，设计了截面类三角形（扇形）的加热管。
　　比较了原模型和三种优化模型不同入口质量流量的传热性能和压降，综合评比得出，内置肋片的扁型加热管具有更好的传热性能。模拟分析得出加热管功率、入口质量流的增加，加热管表面最高温度无显著增加，并有利于减少出口温降。又仿真分析了导流管高度变化时出口温降和加热系统总承压的情况。该优化设计较好的完成了优化目标，可作为提高输入功率，减少出水口温降的选择与参考。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景和现实意义

1．1．1 咖啡机的分类

1．1．2 现有咖啡机的发展趋势与问题

1．1．3 研究意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 咖啡机的发展

1．2．2 热交换器技术的研究

1．2．3 常见强化传热管介绍

1．3 本课题研究的目标与主要研究内容

1．3．1 研究目标

1．3．2 主要研究内容

第二章 传热与对流换热理论及数值计算

2．1 传热理论

2．1．1 热传递的三种基本方式

2．1．2 导热微分方程

2．1．3 传热系数和导热系数

2．2 对流换热的基本原理

2．2．1 层流与湍流

2．2．2 对流换热的基本特点

2．2．3 影响对流传热系数的主要因素

2．2．4 准数表达式

2．2．5 流体在管内强制对流时的对流传热系数

2．3 热分析的数值计算

2．4 本章小结

第三章 即热系统有限元分析与实验验证

3．1 几何模型的建立

3．2 网格划分

3．3 边界条件和初始化设置

3．4 模型运算求解

3．5 仿真结果分析

3．5．1 流场分析

3．5．2 加热管温度场分析

3．6 对数值模型的实验验证

3．7 干烧应力应变分析

3．8 原加热系统问题分析

3．9 本章小结

第四章 即热系统优化设计

4．1 原模型加热效率影响因素的理论分析

4．2 加热系统的优化设计

4．2．1 加热管与流道衔接部分

4．2．2 流道的优化设计

4．3 仿真结果对比分析

4．3．1 加热管温度的比较

4．3．2 压强与速度的比较

4．3．3 应力应变分布

4．4 管内增加扰动设计与其他方案

4．4．1 肋条结构的研究

4．4．2 类三角型结构的研究

4．5 加热系统优化方案评估

4．6 优化模型参数模拟

4．6．1 1200W时加热管与出水温度

4．6．2 1500W时加热管与出水温度

4．7 出水口高度对温降的影响

4．8 本章小结

第五章 总结与展望

5．1 总结

5．2 展望

致谢

参考文献