船用換熱器流動(dòng)與傳熱的三維流場(chǎng)數(shù)值模擬研究.pdf

1、換熱器是冷熱流體進(jìn)行熱量交換的設(shè)備,廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)領(lǐng)域中。而管殼式換熱器由于結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單,處理能力大,安全性比較高等特點(diǎn),成為船舶中最常用的換熱器結(jié)構(gòu)型式。本文以某船閉式機(jī)艙為研究對(duì)象,通過(guò)對(duì)機(jī)艙內(nèi)的熱空氣同艙外海水進(jìn)行對(duì)流換熱來(lái)進(jìn)行數(shù)值模擬,得到了整個(gè)換熱器的速度場(chǎng)、溫度場(chǎng)和壓力場(chǎng)分布,并對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行分析比較,提出換熱器內(nèi)折流板結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化方案和換熱器進(jìn)口速度對(duì)整體性能的影響。研究的主要內(nèi)容如下:
　　1.對(duì)某船閉式機(jī)艙

2、換熱情況進(jìn)行分析,選擇適合于空氣和海水換熱的換熱器類(lèi)型并對(duì)管程和殼程流路進(jìn)行布置。
　　2.通過(guò)Pro/ENGINEER軟件對(duì)該換熱器進(jìn)行三維建模,并將模型導(dǎo)入到計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)軟件FLUENT中進(jìn)行數(shù)值模擬分析;為了避免恒熱流或恒壁溫管壁邊界條件造成的與實(shí)際管內(nèi)外對(duì)流換熱情況的差異,在數(shù)值計(jì)算中,將殼程空氣和管程海水的對(duì)流換熱進(jìn)行了耦合計(jì)算。
　　3.通過(guò)數(shù)值模擬計(jì)算結(jié)果,對(duì)換熱器的二種換熱管束布置方式進(jìn)行了不同折流板數(shù)目、

3、不同折流板缺口高度及進(jìn)口速度的對(duì)比分析。結(jié)果表明,隨著折流板數(shù)目的增加,換熱器的壓降越來(lái)越大,換熱效果越來(lái)越好;隨著折流板缺口高度的增大,換熱器的壓力損失逐漸減小,換熱效果也逐漸下降;而進(jìn)口速度的增加,則會(huì)帶來(lái)?yè)Q熱性能提高及阻力損失的增大。
　　4通過(guò)j-k因子法得出了當(dāng)換熱器外部結(jié)構(gòu)為本文所取值時(shí),取折流板數(shù)目為4時(shí),折流板缺口高度為40％殼體內(nèi)徑時(shí)的綜合性能最佳,并且換熱管排列方式為正三角形的換熱器明顯優(yōu)于換熱管排列方式為正四