車用甲醇裂解器的換熱器設(shè)計研究.pdf

1、利用發(fā)動機尾氣余熱對甲醇進行加熱，使其裂解為氫氣和一氧化碳等的混合氣，裂解后將這種混合氣體導(dǎo)入發(fā)動機燃燒室進行燃燒。這種燃用形式將可以克服甲醇的毒性、腐蝕性和低溫冷啟動等不良性質(zhì)的影響，并可以實現(xiàn)甲醇的高比例使用，具有廣闊的市場前景。車載甲醇裂解器的換熱器是整個裂解器中非常關(guān)鍵的組成部分，它關(guān)系到尾氣余熱利用率進而影響甲醇的裂解效率，即催化劑必須在特定的溫度內(nèi)工作，溫度過低則甲醇裂解率低，溫度高則催化劑失效，所以換熱器的設(shè)計就十分關(guān)鍵，

2、必須保證把甲醇蒸汽加熱到260-390℃之間，催化劑才能起到真正的作用。作為一種換熱裝置，換熱器的種類較多，但針對甲醇裂解器的換熱器，需要考慮生產(chǎn)成本，清洗方便，選材和使用范圍，工作安全，經(jīng)久耐用等情況，因此需要為甲醇裂解器設(shè)計一款能達到上述目的的換熱器。
　　本文以該換熱器為研究對象，以其性能符合甲醇裂解的條件為研究目標，對換熱器做了熱力分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計及仿真，具有一定的工程實用價值和理論意義。本文主要研究內(nèi)容如下：
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3、）本文深入研究了換熱器的結(jié)構(gòu)形式，確定固定管板式管殼換熱器為本文要設(shè)計的換熱器。以BN492汽油機為配套發(fā)動機設(shè)計了換熱器相關(guān)零部件的結(jié)構(gòu)尺寸，并利用經(jīng)驗公式等對甲醇裂解器換熱器進行了強度校核和熱力分析；對換熱器的平均溫度、換熱系數(shù)、甲醇消耗量、對流傳熱膜系數(shù)、總傳熱面積、總傳熱系數(shù)等參數(shù)進行了計算，計算結(jié)果表明上述結(jié)構(gòu)尺寸都滿足換熱器國家標準和設(shè)計要求。
　　2）利用GAMBIT軟件建立了換熱器及相關(guān)零部件（管板、法蘭等）的三維

4、模型，為使之后的對流傳熱性能仿真分析能夠順利進行，對零部件的結(jié)構(gòu)細節(jié)進行了適當?shù)暮喕徊捎肎AMBIT軟件對換熱器及其相關(guān)零部件進行網(wǎng)格劃分和邊界條件設(shè)定；介紹了自然對流換熱模型，同時對布斯尼斯克假設(shè)(J．Bous sinesq hypothesis model)進行了說明，并根據(jù)布斯尼斯克假設(shè)推導(dǎo)出自然對流邊界層的基本方程組。對換熱器殼程建立湍流模型，選擇了標準k～ε湍流模型；壓力～速度耦合方程采用SIMPLEC方法；流動方程與換熱方

5、程組均采用二階迎風(fēng)差分格式，流體進、出口采用壓力進、出口邊界條件；換熱器的整個外壁面采用絕熱邊界條件。
　　3）基于流體動力學(xué)計算分析軟件 FLUENT6.0對換熱器的溫度場、內(nèi)部流場進行了模擬分析，并對換熱器截面上的壓力場進行了分析，最后利用FLUENT6.0軟件對換熱器進行了熱效率仿真。仿真分析結(jié)果顯示：對換熱器熱效率仿真表明該換熱器能夠滿足車載裂解器對熱量的需求，即經(jīng)過換熱器以后，殼程內(nèi)從八個大氣壓下降到四個大氣壓，管程內(nèi)尾