船用換熱器流動與傳熱的三維流場數值模擬研究.pdf

1、換熱器是冷熱流體進行熱量交換的設備,廣泛應用于各種工業(yè)領域中。而管殼式換熱器由于結構相對簡單,處理能力大,安全性比較高等特點,成為船舶中最常用的換熱器結構型式。本文以某船閉式機艙為研究對象,通過對機艙內的熱空氣同艙外海水進行對流換熱來進行數值模擬,得到了整個換熱器的速度場、溫度場和壓力場分布,并對模擬結果進行分析比較,提出換熱器內折流板結構參數的優(yōu)化方案和換熱器進口速度對整體性能的影響。研究的主要內容如下:
　　1.對某船閉式機艙

2、換熱情況進行分析,選擇適合于空氣和海水換熱的換熱器類型并對管程和殼程流路進行布置。
　　2.通過Pro/ENGINEER軟件對該換熱器進行三維建模,并將模型導入到計算流體動力學軟件FLUENT中進行數值模擬分析;為了避免恒熱流或恒壁溫管壁邊界條件造成的與實際管內外對流換熱情況的差異,在數值計算中,將殼程空氣和管程海水的對流換熱進行了耦合計算。
　　3.通過數值模擬計算結果,對換熱器的二種換熱管束布置方式進行了不同折流板數目、

3、不同折流板缺口高度及進口速度的對比分析。結果表明,隨著折流板數目的增加,換熱器的壓降越來越大,換熱效果越來越好;隨著折流板缺口高度的增大,換熱器的壓力損失逐漸減小,換熱效果也逐漸下降;而進口速度的增加,則會帶來換熱性能提高及阻力損失的增大。
　　4通過j-k因子法得出了當換熱器外部結構為本文所取值時,取折流板數目為4時,折流板缺口高度為40％殼體內徑時的綜合性能最佳,并且換熱管排列方式為正三角形的換熱器明顯優(yōu)于換熱管排列方式為正四