摘 要

板式换热器是一种在不同温度的两种或两种以上流体间实现物料之间热量传递的节能设备，是使热量由温度较高的流体传递给温度较低的流体，使流体温度达到流程规定的指标，以满足工艺条件的需要，同时也是提高能源利用率的主要设备，它在化工、石油、动力、食品及其它许多工业生产中占有重要地位。而板式换热器是由一系列具有一定波纹形状的金属片叠装而成的一种新型高效换热器。各种板片之间形成薄矩形通道，通过板片进行热量交换。由于它具有换热效率高、热损失小、结构紧凑轻巧、占地面积小、安装清洗方便、应用广泛、使用寿命长等特点，板式管热器成为液—液、液—汽进行热交换的理想设备。本文主要研究极地船舶海水冷却系统中的人字形板式换热器基于CFD的海水在不同流速条件下的传热特性分析及板式换热器的设计，针对研究的问题，我将开展三部分内容：

首先，查阅国内外资料，分析国内外人字形板式换热器发展现状，以及板式换热器在极低船舶中的应用，确定人字形板式换热器的技术特点，推导计算流体动力学仿真数值计算公式，求得解决问题的数值算法。

其次，进行板式换热器流体流动换热特性分析。针对所要研究的人字形板式换热器的尺寸形状进行模型建立，然后在模型上划分网格，并将带有网格的模型导入流体分析软件，计算得出数值结果。

最后，通过对比在不同海水流速下计算出的人字形板式换热器的传热效果来进行传热分析，得出不同海水流速对换热的影响。

关键词：极地船舶；人字形板式换热器；两相流；换热特性

Abstract

Plate heat exchanger is a kind of two or more different temperature between fluid heat transfer between the material energy saving equipment.Plate heat exchanger is also made by high temperature heat fluid is passed to the lower temperature of fluid, the fluid temperature can reach the indexes of the flow regulation, to meet the needs of the process conditions and is also the main equipment for energy efficiency. In chemical, petroleum, power, food and many other occupies an important place in the industrial production. And plate heat exchanger is a series of certain the shape of corrugated metal piled up and become a new type of high efficient heat exchangers. Thin rectangular channel, formed between various plate through the plate heat exchange. Because it is in high thermal efficiency, small heat loss, the structure is compact and lightweight, cover an area of an area small, easy installation and cleaning, wide application, long service life, etc, become a plate tube heat exchanger with vapor liquid - liquid, liquid - ideal for heat exchange equipment. This essay mainly studies the polar Marine sea water cooling system of chevron plate heat exchanger based on CFD water analysis of the heat transfer characteristics at different flow rate conditions and the design of the plate heat exchanger, in view of the research question, three sections will be carried out :

First of all, data access at home and abroad, analyzed development status of chevron plate heat exchanger at home and abroad, as well as the application of plate heat exchanger in very low shipping, determine the technique characteristics of herringbone plate heat exchanger, computational fluid dynamics simulation numerical calculation formula is derived, the numerical algorithm to solve the problem are obtained.

Second, the analysis of fluid flow of plate heat exchanger heat transfer characteristics. Study to the herringbone plate heat exchanger in the size of the shape model is established, then on the model mesh, and with the grid model import fluid analysis software, the numerical results is calculated.

Finally, by comparing the calculated under different water flow velocity of chevron plate heat exchanger heat transfer effect for heat transfer analysis, the influence of different heat exchange water flow are obtained.

Keywords：The polar shipping；Chevron plate heat exchanger；Two phase flow；Heat transfer characteristics

目录

第一章 绪论 1

1.1课题的目的及意义 1

1.2国内外发展现状 2

1.2.1国外研究现状 2

1.2.2国内研究现状 3

1.2.3国内外现状总结 4

1.3应用软件及相关技术介绍 4

1.3.1 Solidworks建模软件 5

1.3.2 ICEM CFD网格划分软件 5

1.3.3Fluent流体分析软件 5

1.4拟解决的关键问题 5

1.5文章主要研究内容 6

第二章 计算流体动学基本方程 7

2.1引言 7

2.2流体动计算力学基本方程 7

2.2.1连续性方程 7

2.2.2动量方程 8

2.2.3能量方程 8

2.3本章小结 9

第三章 人字形板式换热器计算流体传热特性仿真 10

3.1引言 10

3.2仿真计算模型 10

3.2.1设计板式换热器人字形板片模型 11

3.3设定计算仿真条件参数 12

3.4计算流体动力学仿真 26

3.4.1迭代求解 26

3.4.2数值仿真结果 28

3.5本章小结 34

第四章 结论 36

4.1本文完成工作及创新点 36

4.1.1完成工作 36

4.1.2创新点 37

4.2文章不足与展望 37

4.2.1文章不足 37

4.2.2未来工作展望 37

致谢 38

参考文献 39

第1章 绪论

1.1课题的目的及意义

全球温室效应越来越严重，导致极地冰雪融化，海平面上升，冰雪的减少为极地船舶在极地海域的航行提供了便利的条件，同时进一步使得极地丰富资源的开采更加容易。但是即便如此，现在的极地船舶仍有很大不足，为了能够更加深入极地环境，有必要改善我们的极地船舶装备。

极地船舶在极地的环境必须能够正常工作，不能被极地恶劣的环境影响，要想达到这样的效果，船体上各部分零件必须针对极地的恶劣条件进行改造，换句话说就是针对极地环境制造相应的零部件，在这些零部件中船体的换热器起着重要的作用。本文我将针对极地船舶海水冷却系统中的换热器进行研究，换热器又叫热交换器。现在的船舶换热器有许多种类，其中要数板式换热器更优越，板式换热器具有换热率高，寿命长等优点，其结构如图1.1所示，板式换热器实物如图1.2所示。现阶段只有部分数量的船舶中安装了板式换热器，板式换热器在船舶中的使用还不是很广泛，极地船舶又是在特殊环境下工作的船舶，在冰水混合的两相流中航行，所以在换热器中流动的是冰水混合的两相流，此次任务我将设计使用于极地船舶的板式热交换器，基于CFD的海水在不同流速条件下的海水系统板式换热器的传热特性分析。希望在设计完我的极地船舶换热器后能对现阶段极地船舶换热器有所帮助，以及对今后换热器领域能带来一定的推动作用。