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极地运输船冷却系统中板式换热器两相流数值模拟
| 论文题名： | 极地运输船冷却系统中板式换热器两相流数值模拟 |
| 关键词： | 北极运输船;人字形板式换热器;液固两相流;数值模拟 |
| 摘要： | 板式换热器是一种紧凑且传热性能好的换热装置，已经被广泛应用于各行各业中，而液固多相流领域的发展，宽通道的板式换热器开始被广泛研究甚至应用。本文是以14,500 t极地运输船海水系统中人字形板式换热器为研究对象，在极地环境工况下，以仿真分析人字形板式换热器中海水-冰晶两相流换热机制，利用宽通道优化该板式换热器结构，在CFD/Fluent平台上，研究该宽通道板式换热器中海水-冰晶两相的换热特性及流动阻力特性，目的是为了防止该换热器内冰晶堵塞板内沟槽，以及选择出适用于海水-冰晶作为流体介质时具有高换热性能的板式换热器。说明在极地环境下的海水冷却系统中，宽通道板式换热器可以作为传统换热器的替代品。 针对海水-冰晶两相流在板式换热器内流动的复杂性，本文采用简化板式换热器模型的方法，重点研究换热器内主流区的流动换热特性。利用海水-冰晶双流体连续介质模型的特点，仿真分析板式换热器三种不同参数，即波纹倾角β、波纹深度h、波纹间距λ，对极地工况下的海水-冰晶两相流换热效果的影响，得出了β=60o，h=4 mm，λ=12 mm为最优板式换热器参数，根据仿真结果分析的最优参数，并与前人文献数据参考验证仿真结果的正确性。在所选最优板式换热器模型基础上，利用板间距d优化该换热器，综合分析海水-冰晶在宽通道板式换热器主流区内湍流能量、换热强度及流动阻力的分布情况，最终得到最优宽通道人字形板式换热器的板间距d=16 mm，最后利用前人实验数据曲线与仿真曲线对比验证。 分析结果发现，海水-冰晶会对普通板式换热器造成堵塞，最优三个板式换热器参数对冰堵的发生影响较小，且提高对该换热器主流区的换热性能；宽通道板式换热器在湍流能量分布、换热强度及流动阻力综合影响因素上存在最优板间距；宽通道优化板式换热器，换热效果上，较普通板式换热器有所降低，但比管壳式换热器有所提高；宽通道板式换热器是适用于以海水-冰晶液固两相介质在极地运输船内的换热设备。宽通道人字形板式换热器的优化设计对北极航道正常运输具有指导意义，也为其他领域的液固多相流研究提供了理论基础。 |
| 作者： | 张来来 |
| 专业： | 轮机工程 |
| 导师： | 徐立 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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