摘 要

人字形板式换热器在工业生产过程中普遍存在，它具有独特的液体波纹流通流道而且换热效率高、结构紧凑轻便、易于拆装。随着需求量的增加，增强人字形板片的换热效果和减弱流动阻力是目前广大学者研究的热题。板片的几何结构以及外部的工况是影响换热效果的两大基本因素。本文通过实验总结和模拟仿真的方法来研究某些因素对人字形板式换热器的换热特性的影响。

本文通过画图软件pro/e选取人字形板式换热器的部分有效工作面建立三维模型，然后用ICEM CFD软件对其模型建网格。在进口液体工质流量恒定不变的情况下，利用计算仿真软件fluent对工况下人字形换热器内液体的流动和传热进行了数值模拟,得到人字形换热器流道内流体的温度场、压力场和速度场。对得到的结果进行分析，并与实验的结果进行比较，总结出对板片设计的可观的建设性意见。通过本次研究结果与以往的研究成果进行比较分析，分析波纹倾角β对换热器的换热与流动特性。

关键词：人字形板式换热器；数值模拟；换热性能；流动阻力特性；压力场；速度场；温度场

abstract

The herringbone plate heat exchanger is widely used in the process of industrial production, It has a unique liquid corrugated flow channel and high heat transfer efficiency, compact and lightweight, easy to disassemble. With the increase in demand, to enhance the heat transfer effect of the herringbone plate and reduce the flow resistance is the majority of scholars to study the hot topic. The geometrical structure of the plate and the external conditions are two basic factors that affect the heat transfer effect. In this paper, the influence of some factors on the heat transfer characteristics of the herringbone plate heat exchanger is studied by means of experimental summary and simulation.

In this paper, we select the effective working face of the herringbone plate heat exchanger by drawing the software pro / e to establish the 3D model, and then use the ICEM CFD software to build the grid. In the case of constant flow of imported liquid working fluid, the flow and heat transfer of liquid in the herringbone-type heat exchanger were numerically simulated by using the computational simulation software fluent to obtain the temperature of the fluid in the flow path of the chevron Field, pressure field and velocity field. The results are analyzed and compared with the experimental results, and the constructive opinions of the plate design are summarized. Through the comparative analysis of the results of this study and the previous research results, the heat transfer and flow characteristics of the corrugation angle β to the heat exchanger are analyzed.

Keywords: herringbone plate heat exchanger; numerical simulation; heat transfer performance; flow resistance characteristics; pressure field; velocity field; temperature field

目 录

第一章 绪论 1

1.1前言 1

1.2 人字形板式换热器的结构和特点 1

1.3研究现状 2

1.4本文研究的内容及主要工作 5

第二章 数值仿真模拟的理论基础与方法 6

2.1数值模拟的简介 6

2.2数值模型 6

2.3湍流模型 7

2.3.1湍流具有以下特征 7

2.3.2漩涡的形成 7

2.4数值模型的控制方程 8

2.4.1流体力学方程组 8

2.4.2边界条件 9

2.4.3传热学方程组 10

第三章 换热特性数值模拟 11

3.1网格的划分 12

3.2fluent简介 13

3.3数值计算图像分析 13

3.4数值模拟结果与分析 14

3.5波纹倾角的影响 15

第四章 总结与展望 16

4.1全文总结 16

4.2课题展望与不足 16

致谢： 17

参考文献 18

第一章 绪论

1.1前言

在现代化工业中,由于人字形板式换热器已经在各领域中广泛被运用，如化学工业、石油工业、冶金工业、空调制冷、人民日常生活等。多国内外教授学者对其传热性能进行深度研究，得出人字形板式换热器与其他类型换热器相比具有结构紧凑、占地面积少、容易拆洗、传热系数高等优点,但也存在缺点如：流阻大、承压能力低、易泄露等。人字形板式换热器的板片间的流动通道形状复杂多样,板片的叠放多种多样。所以对人字形板式换热器的主要研究方向是寻求最佳的板片结果，来改变板片的几何参数；寻求最符合换热器结果的入口工况等。通过研究结果对生产设计提供理论基础，以达到最优的换热效果，提高生产效率。

人字形板式换热器作一种高效、实用的换热设备也经历了长期的优化与改进。尤其是目前能源紧张和环保要求提高的情况下,国家也出台了许多政策并把节能低耗作为今后生产发展的重要任务，所以提高换热器的换热性能,强化传热新技术至关重要。对于换热器的研究设计上,主要需要考虑的事换热器板片结构的优化与改进以及研制各类高效传热元件；对流动介质需要考虑的有流体流量、传热系数、粘滞系数、流体进出口温度、流体进出口的压强、流体的通道数及流体的积垢腐损情况等。此外其成本、性能及实际安装运转等方面也需注意。