螺旋板式換熱器的設(shè)計【說明書+CAD+SOLIDWORKS+仿真】

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F. Durastanti, Mod61isation dun systhme thermique complexe: la centrale THEK 2, Thsede doctorat de lUniversit6 de Provence, (1985).【21】Zienkiewicz and Morgan, Finite elements and approximation, Wiley ed., (1983).【22】Sedriks, A.J.: Stress corrosion cracking of stainless steels. In:Stress corrosion cracking. ASM, Materials Park (1992)【23】 1.V. Ya. Galtsov and V. M. Korotaev，AuthorsCertificateNo.370444,Otkrytiya,Izobreteniya,Promyshiennye Obraztsy,Tovarnye Znaki, No. 11 (2006).4 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢4.1 國內(nèi)換熱器研究現(xiàn)狀我國對某些種類的換熱器已經(jīng)建立了標(biāo)準(zhǔn)，形成了系列。換熱器的應(yīng)用廣泛，日常生活中取暖用的暖氣散熱片、汽機(jī)裝置中的航天火箭上的冷卻器等，都是換熱器。它還廣泛應(yīng)用于化工、石油、動力和原子能等工業(yè)部門。他的主要功能是保證工藝過程對戒指所要求的待定溫度，同時也是提高能源利用率的主要設(shè)備之一。換熱器即可是一種單元設(shè)備，如加熱器、冷卻器等，也可是工藝設(shè)備的組成部分，如氨合成塔內(nèi)的換熱器。換熱器是化工生產(chǎn)中重要的單元設(shè)備，根據(jù)統(tǒng)計，熱交換熱的噸位約占整個工藝設(shè)備的20%有的甚至高達(dá)30%，其重要性可想而知。4.2 國外研究現(xiàn)狀美國傳熱研究（HeatTransferResearchInc.）即HTRI，是1962年發(fā)起組建的一個國際性、非贏利的合作研究機(jī)構(gòu)，會員數(shù)百家，遍及全球，取得了大量的研究成果，積累了換熱器設(shè)計的豐富經(jīng)驗，在傳熱機(jī)理、兩相流、振動、污垢、模擬及測試技術(shù)方面作出了巨大貢獻(xiàn)。近年來，該公司在計算機(jī)應(yīng)用軟件開發(fā)上發(fā)展很快，所開發(fā)的網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化軟件、各種換熱器工藝設(shè)計軟件計算精度準(zhǔn)確，不僅節(jié)省了人力，提高了效率，而且提高了技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能。目前國內(nèi)有近20家成為HTRI會員。 英國傳熱及流體服務(wù)中心（HeatTransferandFluidFlowService）即HTFS，于1967年成立，隸屬于英國原子能管理局。該中心有會員數(shù)百家，長期從事傳熱與流體課題的研究，所積累的經(jīng)驗和研究成果不僅廣泛用于原子能工業(yè)，而且用于一般工業(yè)。它最大特點是與各大學(xué)和企業(yè)合作，進(jìn)行專門的課題研究，研究成果顯著。在傳熱與流體計算上更精確，開發(fā)的HTFS、TASC各類換熱器微機(jī)計算軟件備受歡迎，國內(nèi)有30多家企業(yè)成為會員。4.3 發(fā)展趨勢在二十世紀(jì)初，對于管殼式換熱器的開發(fā)設(shè)計就被科學(xué)家提出，當(dāng)時對于這種新型的換熱設(shè)備開發(fā)設(shè)計的目的是為了滿足大型電廠對在較高壓力操作環(huán)境下運行的需要。經(jīng)過近一個世紀(jì)的發(fā)展，對于管殼式換熱器設(shè)計生產(chǎn)制造已經(jīng)有了質(zhì)的飛躍，其已經(jīng)擁有比較完善的設(shè)計和生產(chǎn)加工方法，同時其工作性能可以較好地滿足各種工藝需要。其中Bell-Delaware設(shè)計和Tinker的流路分析法是工藝設(shè)計領(lǐng)域地位最高的兩種方法。但是，隨著高科技手段在換熱設(shè)備之中不斷引入，對于換熱器在特殊環(huán)境下的適應(yīng)性的要求越來越高，而且對于設(shè)備本身的結(jié)構(gòu)設(shè)計要求越來越苛刻，但是管殼式換熱器所具備的優(yōu)勢越趨明顯，因為其本身的設(shè)計初衷就是為了滿足在這些苛刻的工作條件。換熱器是化工、石油、能源等各工業(yè)中應(yīng)用相當(dāng)廣泛的單元設(shè)備之一。據(jù)統(tǒng)計,在現(xiàn)代化學(xué)工業(yè)中換熱器的投資大約占設(shè)備總投資的30%,在煉油廠中占全部工藝設(shè)備的40%左右,海水淡化工藝裝置則幾乎全部是由換熱器組成的。對國外換熱器市場的調(diào)查表明,雖然各種板式換熱器的競爭力在上升,但管殼式換熱器仍占主導(dǎo)地位約64%。新型換熱元件與高效換熱器開發(fā)研究的結(jié)果表明,列管式換熱器已進(jìn)入一個新的研究時期,無論是換熱器傳熱管件,還是殼程的折流結(jié)構(gòu)都比傳統(tǒng)的管殼式換熱器有了較大的改變,其流體力學(xué)性能、換熱效率、抗振與防垢效果從理論研究到結(jié)構(gòu)設(shè)計等方面也均有了新的進(jìn)步。5 主要研究內(nèi)容、需重點研究的關(guān)鍵問題及解決思路5.1 畢業(yè)設(shè)計(論文)應(yīng)完成的主要內(nèi)容1）換熱器發(fā)展概述2）方案設(shè)計3）換熱計算4）結(jié)構(gòu)設(shè)計5）換熱性能預(yù)測及分析6）殼體的有限元分析5.2 畢業(yè)設(shè)計(論文)應(yīng)知的研究方向5.2.1 旋風(fēng)除塵器的優(yōu)點換熱器傳熱與流體流動計算的準(zhǔn)確性，取決于物性模擬的準(zhǔn)確性。因此，物性模擬一直為傳熱界重點研究課題之一，特別是兩相流物性模擬。兩相流的物性基礎(chǔ)來源于實驗室實際工況的模擬，這恰恰是與實際工況差別的體現(xiàn)。實驗室模擬實際工況很復(fù)雜，準(zhǔn)確性主要體現(xiàn)與實際工況的差別。純組分介質(zhì)的物性數(shù)據(jù)基本上準(zhǔn)確，但油氣組成物的數(shù)據(jù)就與實際工況相差較大，特別是帶有固體顆粒的流體模擬更復(fù)雜。為此，要求物性模擬在實驗手段上更加先進(jìn)，測試的準(zhǔn)確率更高。從而使換熱器計算更精確，材料更節(jié)省。物性模擬將代表換熱器的經(jīng)濟(jì)技術(shù)水平。5.2.2 分析設(shè)計的研究分析設(shè)計是近代發(fā)展的一門新興學(xué)科，美國ANSYS軟件技術(shù)一直處于國際領(lǐng)先技術(shù)，通過分析設(shè)計可以得到流體的流動分布場，也可以將溫度場模擬出來，這無疑給流路分析法技術(shù)帶來發(fā)展，同時也給常規(guī)強(qiáng)度計算帶來更準(zhǔn)確、更便捷的手段。在超常規(guī)強(qiáng)度計算中，可模擬出應(yīng)力的分布圖，使常規(guī)方法無法得到的計算結(jié)果能更方便、快捷、準(zhǔn)確地得到，使換熱器更加安全可靠。這一技術(shù)隨著計算機(jī)應(yīng)用的發(fā)展，將帶來技術(shù)水平的飛躍。將會逐步取代強(qiáng)度試驗，擺脫實驗室繁重的勞動強(qiáng)度。5.2.3 大型化及能耗研究換熱器將隨裝置的大型化而大型化，直徑將超過5m，傳熱面積將達(dá)到單位10000m2，緊湊型換熱器將越來越受歡迎。板殼式換熱器、折流桿換熱器、板翅式換熱器、板式空冷器將得到發(fā)展，振動損失將逐漸克服，高溫、高壓、安全、可靠的換熱器結(jié)構(gòu)將朝著結(jié)構(gòu)簡單、制造方便、重量輕發(fā)展。隨著全球水資源的緊張，循環(huán)水將被新的冷卻介質(zhì)取代，循環(huán)將被新型、高效的空冷器所取代。保溫絕熱技術(shù)的發(fā)展，熱量損失將減少到目前的50以下。5.2.4 強(qiáng)化技術(shù)研究各種新型、高效換熱器逐步取代現(xiàn)有常規(guī)產(chǎn)品。電場動力效應(yīng)強(qiáng)化傳熱技術(shù)、添加物強(qiáng)化沸騰傳熱技術(shù)、通入惰性氣體強(qiáng)化傳熱技術(shù)、滴狀冷凝技術(shù)、微生物傳熱技術(shù)、磁場動力傳熱技術(shù)將會在新的世紀(jì)得到研究和發(fā)展。同心管換熱器、高溫噴流式換熱器、印刷線路板換熱器、穿孔板換熱器、微尺度換熱器、微通道換熱器、流化床換熱器、新能源換熱器將在工業(yè)領(lǐng)域及其它領(lǐng)域得到研究和應(yīng)用。5.2.5 新材料研究材料將朝著強(qiáng)度高、制造工藝簡單、防腐效果好、重量輕的方向發(fā)展。隨著稀有金屬價格的下降，鈦、鉭、鋯等稀有金屬使用量將擴(kuò)大，CrMo鋼材料將實現(xiàn)不預(yù)熱和后熱的方向發(fā)展。5.2.6 控制結(jié)垢及腐蝕的研究國內(nèi)污垢數(shù)據(jù)基本上是20世紀(jì)6070年代從國外照搬而來。四十年來，污垢研究技術(shù)發(fā)展緩慢。隨著節(jié)能、增效要求的提高，污垢研究將會受到國家的重視和投入。通過對污垢形成的機(jī)理、生長速度、影響因素的研究，預(yù)測污垢曲線，從而控制結(jié)垢，這對傳熱效率的提高將帶來重大的突破。保證裝置低能耗、長周期運行，超聲防垢技術(shù)將得到大力發(fā)展。腐蝕技術(shù)的研究將會有所突破，低成本的防腐涂層特別是金屬防腐鍍層技術(shù)將得到發(fā)展，電化學(xué)防腐技術(shù)成為主導(dǎo)。6 完成畢業(yè)設(shè)計所必備的工作條件及解決辦法6.1 完成畢業(yè)設(shè)計所需的工作條件復(fù)習(xí)大學(xué)四年所學(xué)的有關(guān)力學(xué)和過程裝備及計算機(jī)等專業(yè)知識，學(xué)習(xí)有關(guān)換熱器及其各個零件的加工、制造和裝配知識，結(jié)合三次生產(chǎn)實習(xí)及實踐和市場考察，充分了解與換熱器有關(guān)的設(shè)計知識，通過科學(xué)的組織調(diào)研，計算分析，設(shè)計，繪圖，從而把方案設(shè)想轉(zhuǎn)化為設(shè)計思路及方法，可以加工為產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品。6.2 工具書與計算機(jī)輔助設(shè)計軟件化工設(shè)計手冊和化工漢英詞典、AutoCAD2007 Solidworks ANSYS 等等計算機(jī)輔助軟件。7 工作的主要階段、進(jìn)度，與時間安排第一周 3月15-21日 選題，定畢業(yè)設(shè)計第二周 3月22-28日 查找資料，外文翻譯第三周 4月1-18日 寫開題報告第四周 4月19-26日 撰寫開題報告找老師修改第五周 4月27-30日 螺旋換熱器的設(shè)計第六周 5月1-6日 螺旋換熱器的設(shè)計第七周 5月7-14日 螺旋換熱器的設(shè)計第八周 5月15-20日 學(xué)習(xí)相關(guān)軟件第九周 5月21-25日 做出設(shè)計方案第十周 5月26-30日 繪制零件圖與裝備圖第十一周 6月1-5日 撰寫畢業(yè)論文并修改第十二周 寫畢業(yè)論文及修改審查8 指導(dǎo)老師審查意見 長江大學(xué)畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)教師評審意見學(xué)生姓名李遠(yuǎn)江專業(yè)班級裝備10901班畢業(yè)論文(設(shè)計)題目螺旋板式換熱器的設(shè)計指導(dǎo)教師張慢來職 稱評審日期評審參考內(nèi)容：畢業(yè)論文(設(shè)計)的研究內(nèi)容、研究方法及研究結(jié)果，難度及工作量，質(zhì)量和水平，存在的主要問題與不足。學(xué)生的學(xué)習(xí)態(tài)度和組織紀(jì)律，學(xué)生掌握基礎(chǔ)和專業(yè)知識的情況，解決實際問題的能力，畢業(yè)論文(設(shè)計)是否完成規(guī)定任務(wù)，達(dá)到了學(xué)士學(xué)位論文的水平，是否同意參加答辯。評審意見：指導(dǎo)教師簽名： 評定成績（百分制）：_分長江大學(xué)畢業(yè)設(shè)計評閱教師評語學(xué)生姓名李遠(yuǎn)江專業(yè)班級裝備10901班畢業(yè)論文(設(shè)計)題目螺旋換熱器的設(shè)計評閱教師職 稱評閱日期評閱參考內(nèi)容：畢業(yè)論文(設(shè)計)的研究內(nèi)容、研究方法及研究結(jié)果，難度及工作量，質(zhì)量和水平，存在的主要問題與不足。學(xué)生掌握基礎(chǔ)和專業(yè)知識的情況，解決實際問題的能力，畢業(yè)論文(設(shè)計)是否完成規(guī)定任務(wù)，達(dá)到了學(xué)士學(xué)位論文的水平，是否同意參加答辯。評語：評閱教師簽名： 評定成績（百分制）：_分長江大學(xué)畢業(yè)設(shè)計答辯記錄及成績評定學(xué)生姓名李遠(yuǎn)江專業(yè)班級裝備10901班畢業(yè)論文(設(shè)計)題目螺旋換熱器的設(shè)計答辯時間 年 月 日 時答辯地點一、答辯小組組成答辯小組組長：成 員：二、答辯記錄摘要答辯小組提問（分條摘要列舉）學(xué)生回答情況評判三、答辯小組對學(xué)生答辯成績的評定（百分制）：_分 畢業(yè)論文(設(shè)計)最終成績評定(依據(jù)指導(dǎo)教師評分、評閱教師評分、答辯小組評分和學(xué)校關(guān)于畢業(yè)論文(設(shè)計)評分的相關(guān)規(guī)定)等級(五級制)：_答辯小組組長(簽名) ： 秘書(簽名)： 年 月 日院(系)答辯委員會主任(簽名)： 院(系)(蓋章)螺旋板式換熱器的設(shè)計摘要學(xué)生：李遠(yuǎn)江，機(jī)械工程學(xué)院（過程裝備與控制工程） 指導(dǎo)教師：張慢來，機(jī)械工程學(xué)院摘要 螺旋板式換熱器是一種低壓將換熱器，雖然螺旋板式換熱器在國內(nèi)的應(yīng)用越來越多，但很多工藝計算往往以來外國公司，主要原因是實驗數(shù)據(jù)少，不足以歸納出螺旋繞流流動和傳熱關(guān)聯(lián)式。本論文針對螺旋板式換熱器，采用計算與數(shù)值模擬的方法研究其殼程流體的換熱性能和流動阻力，提出螺旋流流動傳熱系數(shù)及阻力關(guān)聯(lián)式，豐富流體流動和傳熱理論，并為螺旋板式換熱器的工程設(shè)計和應(yīng)用提供參考。在計算方面，設(shè)計了不同進(jìn)出口液體的溫度，得到了熱液體在定性溫度下，熱貧油與熱富油的物理參數(shù)，做了傳熱工藝等計算。為了改善外殼與螺旋板的連接結(jié)構(gòu)，提高外殼的承壓能力，設(shè)計了由兩圈環(huán)組合焊接而成的圓筒作為螺旋板式換熱器的外殼，又通過合理的焊接，有效避免了角焊接的存在，提高了可拆式螺旋板換熱器的結(jié)構(gòu)可靠性。在數(shù)值模擬部分，利用CFD軟件，分析了圓形、橢圓形、方形和棱形定距柱螺旋通道的傳熱及流動特性，并將其綜合性能進(jìn)行了比較。數(shù)值模擬結(jié)果表明：1）三角形排列沿長軸繞流時的橢圓形定距柱螺旋通道的綜合性能高于圓形定距柱螺旋通道的綜合性能，當(dāng)a/b=2.02.5時，橢圓形定距柱螺旋通道的綜合性能指數(shù)最高；2）對于沿長軸繞流時的橢圓形定距柱，三角形排列時的綜合性能高于正方形排列時的綜合性能；3）沿長軸繞流時的綜合性能高于沿短軸繞流時的性能；4）在同樣的排列方式，方形和棱行螺旋通道的綜合性能均不如圓形定距柱螺旋通道的綜合性能。綜合計算結(jié)果和數(shù)據(jù)模擬結(jié)果，橢圓形定距柱螺旋板式換熱器的綜合性能優(yōu)于圓形距柱的綜合性能，在a/b=2.02.5時綜合性能最優(yōu)。關(guān)鍵詞 螺旋板式換熱器 強(qiáng)化傳熱 定距柱 壓力降 數(shù)值模擬The design summary of the Spiral plate heat exchangeAbstract Spiral plate heat exchanger is a low pressure heat exchangers,although more and more spiral plate heat exchangers are being applicated in the country,but many technology are relying on the computing technology,the main reason is that the experimental datas are so less ,which can not enough to sum up the flount of the spiral arounding flow .In In this thesis, the main purpose is to research spiral plate heat exchangers, wei use computational methods and numerical simulations to study the shell-side fluid flow resistance and heat transfer performance ,of which proposed helical flow resistance of flow and heat transfer coefficient and the relational, rich fluid flow and heat transfer theory, and spiral plate heat exchanger for the engineering design and application of reference. In computing terms, the design temperature of the liquid of different export obtained qualitative temperature hot liquid, hot lean physical and thermal parameters of the oil-rich, so the heat transfer process and other computing. In order to improve the connection between the shell and the spiral plate structure, improve the ability of the pressure shell, designed by the combination of two laps ring welded cylinders as spiral plate heat exchanger shell, but also through reasonable welding, effectively avoiding the fillet weld presence, improved detachable spiral plate heat exchanger structure reliability. In the part of computer calculation ,it is carried out by virtue of computatonal Fliud Dynamics (CFD) SOFTWARE.An investigation has been performed to analyze the heat transfer characteristics and flow behavioas in the spiral channel with staggered concleded as major axis with triabgle arrangement is higher than of circular pin fins and the overrall number k of a/b=2.02.5 elliptic pin fins of circular pin fin and the triangle arrangement is higher than that of square arrangement ;c)overall capability of the spiral channel with ellipitic pin fins of the spiral channel with cube-shaped and diamond-shaped pin fins is lower than that of circular pin fins with the same arrangement way . As a result ,overall capability of heat transfer and flow of the speral plate heat exchjanger with elliptic pin fins superior to that of circular pin fins,and the overall capability number k of a/b=2.02.5 ellipitic pin fins spiral channel is the highest.Key Words spiral plate heat exchanger , heat transfer enhancement , pin fins ,dropping pressure the simulationcal numercal