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船用换热器流动与传热的三维流场数值模拟研究
| 论文题名： | 船用换热器流动与传热的三维流场数值模拟研究 |
| 关键词： | 闭式机舱;管壳式换热器;数值模拟;折流板;传热性能 |
| 摘要： | 换热器是冷热流体进行热量交换的设备,广泛应用于各种工业领域中。而管壳式换热器由于结构相对简单,处理能力大,安全性比较高等特点,成为船舶中最常用的换热器结构型式。本文以某船闭式机舱为研究对象,通过对机舱内的热空气同舱外海水进行对流换热来进行数值模拟,得到了整个换热器的速度场、温度场和压力场分布,并对模拟结果进行分析比较,提出换热器内折流板结构参数的优化方案和换热器进口速度对整体性能的影响。研究的主要内容如下: 1.对某船闭式机舱换热情况进行分析,选择适合于空气和海水换热的换热器类型并对管程和壳程流路进行布置。 2.通过Pro/ENGINEER软件对该换热器进行三维建模,并将模型导入到计算流体动力学软件FLUENT中进行数值模拟分析;为了避免恒热流或恒壁温管壁边界条件造成的与实际管内外对流换热情况的差异,在数值计算中,将壳程空气和管程海水的对流换热进行了耦合计算。 3.通过数值模拟计算结果,对换热器的二种换热管束布置方式进行了不同折流板数目、不同折流板缺口高度及进口速度的对比分析。结果表明,随着折流板数目的增加,换热器的压降越来越大,换热效果越来越好;随着折流板缺口高度的增大,换热器的压力损失逐渐减小,换热效果也逐渐下降;而进口速度的增加,则会带来换热性能提高及阻力损失的增大。 4通过j-k因子法得出了当换热器外部结构为本文所取值时,取折流板数目为4时,折流板缺口高度为40％壳体内径时的综合性能最佳,并且换热管排列方式为正三角形的换热器明显优于换热管排列方式为正四边形的换热器。 通过本论文的研究工作,可以对影响空气海水换热器换热性能的各个影响因素有准确的了解,并对进一步优化设计提供了技术支持。通过建立换热器模型进行内部流场模拟,可以对所存在的问题提前发现,减少了在财力物力上的消耗,充分发挥了仿真的优势。 |
| 作者： | 王冶 |
| 专业： | 轮机工程 |
| 导师： | 徐筱欣 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 上海交通大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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