基于SolidWorks的换热器换热效率模拟分析Word文件下载.docx

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应用SolidWorks软件仿真可以降低研究成本，缩短产品的开发周期，提高工作效率。

本文通过对换热器的三维建模，有助于了解换热器的基本结构。

对换热器的运动仿真及应用FlowSimulation进行仿真的方法可以为换热器安全性和经济效率的后续研究提供了一些参考。

关键词：

SolidWorks；

FlowSimulation；

换热器；

三维建模；

流体分析

AnalysisofheatexchangerefficiencybasedontheSolidworksflowsimulation

Abstract

Heatexchangerisauniversalprocessequipmentofchemical,food,lightindustryandpharmacy,aerospace,nuclearandmanyotherindustrialdepartments.Heatexchangernotonlycanbereasonableadjustmentprocessmediumtemperaturetosatisfytheneed,butalsocanbeprocesswasteheatrecoveryandutilizationdevice.Sinceheatexchangerinindustrialproductionhavetheimportantroleofthestatusoflargeenergyconsumption,improvingtheefficiencyofheatexchangerperformanceandbecomingtheimportantway,energyconsumptionwillproduceanimportanteconomicandsocialbenefits.Atpresent,thecomputersimulationhasbecomeanimportanttool,wecanusethecomputersimulationresearchofstampingsafety.

Thispaperelaboratesthecharacteristicsanddevelopmentofheatexchangerandtheresearchsituationofphysicalanalysis,secondly,theconvectionfrombasictheory,handlingproblemsandapplicationinsoftwareSolidWorksareexpounded,andthroughthree-dimensionaltypeofcasingSolidWorksmodeling,SimulationoffluidFlowanalysistoolforheatexchangerfordynamicanalysis.Toanalyzedata,usingdatafromthesymmetricalboundaryconditions,andillustrationsarea,fluidboundaryconditions,thesolidmaterial,thevolumeoftheheatexchangerthatgoal.

ApplicationofSolidWorkssoftwaresimulationstudiestoreducecosts,shortenproductdevelopmentcycles,improvingworkefficiency.Basedonthethree-dimensionalmodelingoftheheatexchanger,heatexchangercanunderstandthebasicstructureoftheheatexchanger.Themotionsimulationofheatflowandapplicationsimulationmethodofsimulationforsafetyandeconomicefficiencyofheatexchangerfollow-upstudyprovidessomereference.

Keywords：

SolidWorks;

FlowSimulation;

heatexchanger;

three-dimensionalmodeling；

fluidanalysis

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摘要

Abstract

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第1章绪论

1.1课题背景

换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。

套管换热器是使两种或多种流体之间进行能量交换的设备，是化工、制冷等系统中广泛应用的换热器。

其具有结构紧凑、耐高压、传热强度大的特点，被大量应用于冷热水机组。

目前套管式换热器占据着换热器市场37%，在电厂热力系统、冶金、炼钢、制冷、化学等工业中应用极为广泛，并在这些行业中发挥着重要的作用。

套管式换热器性能的高低对于这些高耗能行业的节能具有重要的意义，同时也是这些行业节能战略的重要突破点。

因此，套管式换热器多年以来一直是人们关注的焦点，他们通过不同的方法来提高换热器的换热性能。

许多企业在家用空调设计时会采用套管换热器与翅片管换热器配合使用，以提高系统整机效能。

只有准确地预测换热器性能，掌握换热器的换热效率，才能进一步优化设计并提高系统的性能。

根据现有实验表明，在实际运行过程中，换热器的各种条件不会一成不变，时刻处于不稳定状态。

如何控制换热器运行在最佳工况，需要对换热器的动态特性进行研究[1]。

同时，从外部环境来看，近年来，能源资源问题日趋严重，随着人们对可持续发展重要性的认识，节能意识的不断提高，就对换热效率提出了更高的要求。

作为重要的能量交换设备的换热器，它的效率的提高无疑对于能源的有效利用有重要意义[2]。

传统的换热器设计方法往往由于经验估算精度差，样机的设计修改、制作与测试的次数较多，而造成开发周期过长、开发费用巨大，并且很难使开发的产品达到最节能、节材的设计效果。

而采用计算机仿真的方法，以换热器内部传热传质机理为理论依据，在计算机上建立换热器模型，可以减少对实际样机测试的依赖程度，这将大大提高对换热器性能预测的快速性和准确性，所以已经成为现代产品设计的主要发展方向[3]。

1.2国内、外研究现状

尽管计算机及其应用技术已经深入换热器研究开发的各个方面，特别是CFD技术大大促进和推动了换热器研究设计技术的升级发展，但是实验研究依然在换热器研究开发过程中扮演着重要角色，将理论分析、实验研究、CFD数值模拟三者结合以相互补充，是研究换热器问题的理想而有效的手段。

换热器研究开发和设计中往往需要必要的实验环节，对数值模拟结果的准确性和精度进行验证，甚至需要根据实验数据与数值模拟数据的对比结果，修正和调整数值模拟的方法，诸如网格尺寸和划分方法、物理模型和控制参数的选取等，以期在数值模拟的计算速度、准确性、稳定性和精度等方面获得最佳方案。

因为以上因素在换热器数值模拟过程中极其关键，不同的网格尺寸和划分方法、尤其是物理模型和控制参数的不同选取方案，数值模拟的结果往往是有所差别的；

又如目前较为常用的、用于换热器壳程数值模拟的多孔介质模型，涉及到的分布阻力、分布热源等重要参数，若根据经验来确定，不易把握其准确性，只能通过实验确定。

在无法通过经验或理论分析等方式预估换热器内流体流场和温度场的真实特性时，如在进行新的换热器结构开发和性能测试过程中，实验验证将是确保数值模拟结果准确性和精度的必要手段。

由于换热器内部结构的复杂性，长期以来换热器包括管壳式换热器的研究和开发都是采用实验的方法，建立实验模型，测量实验数据，进行数据处理，然后回归出换热器的传热与流动阻力等计算关联式，并将其应用于换热器的工程设计中。

很显然，实验方法具有直观、真实、可靠的特点，对于认识和探索换热器内的流动及换热特性都能起到非常重要的作用。

换热器的种类是很多的，弄清换热器种类对换热器模拟来说也是十分重要的[4]。

1．换热器的发展及特点二十世纪20年代出现板式换热器，并应用于食品工业。

以板代管制成的换热器，结构紧凑，传热效果好，因此陆续发展为多种形式。

30年代初，瑞典首次制成螺旋板换热器。

接着英国用钎焊法制造出一种由铜及其合金材料制成的板翅式换热器，用于飞机发动机的散热。

30年代末，瑞典又制造出第一台板壳式换热器，用于纸浆工厂。

在此期间，为了解决强腐蚀性介质的换热问题，人们对新型材料制成的换热器开始注意。

60年代左右，由于空间技术和尖端科学的迅速发展，迫切需要各种高效能紧凑型的换热器，再加上冲压、钎焊和密封等技术的发展，换热器制造工艺得到进一步完善，从而推动了紧凑型板面式换热器的蓬勃发展和广泛应用。

自60年代开始，为了适应高温和高压条件下的换热和节能的需要，典型的管壳式换热器也得到了进一步的发展。

70年代中期，为了强化传热，在研究和发展热管的基础上又创制出热管式换热器。

换热器是化工，石油，动力，食品及其它许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要地位.在化工生产中换热器可作为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等，应用更加广泛。

换热器种类很多，但根据冷、热流体热量交换的原理和方式基本上可分三大类即：

间壁式、混合式和蓄热式。

在三类换热器中间壁式换热器应用最多[5]。

（1）间壁式换热器

夹套式换热器：

这种换热器是在容器外壁安装夹套制成,结构简单；

但其加热面受容器壁面限制，传热系数也不高.为提高传热系数且使釜内液体受热均匀，可在釜内安装搅拌器.当夹套中通入冷却水或无相变的加热剂时，亦可在夹套中设置螺旋隔板或其它增加湍动的措施，以提高夹套一侧的给热系数.为补充传热面的不足，也可在釜内部安装蛇管。

夹套式换热器广泛用于反应过程的加热和冷却。

沉浸式蛇管换热器：

这种换热器是将金属管弯绕成各种与容器相适应的形状，并沉浸在容器内的液体中。

蛇管换热器的优点是结构简单，能承受高压,可用耐腐蚀材料制造；

其缺点是容器内液体湍动程度低