论文总字数：20410字

摘 要

本文首先介绍了换热器背景，随后介绍了换热器的种类以及作用，紧接着引入浮头式换热器的概念以及各零部件的简单介绍。然后介绍了模拟需要使用的Ansys软件这个平台和它的特点，原理以及作用在浮头式换热器数值模拟中的应用。接下来使用其Design Modeler 建立一个简单的几何模型，随后使用Mesh进行网格划分，将模型导入到Flunt中进行数值模拟。记录好几何模型的具体参数，列出需要模拟的所有条件参数，随后进行数值模拟。当残差和各项数据达到收敛时完成模拟，保存所需数据，根据数据使用Origin绘画折线图，最后通过对比分析得出正确的结论。

关键字：浮头式换热器 数值模拟 流场特性 传热性能

ABSTRACT

This paper first introduces the background of heat exchangers, then introduces the types and functions of heat exchangers, then introduces the concept of floating head heat exchangers and the brief introduction of each component. Then it introduces the Ansys software used in the simulation and its characteristics, principle and application in the numerical simulation of floating head heat exchanger. The Design Modeler is then used to create a simple geometric model, which is then meshed with a Mesh, and the model is imported into the Flunt for numerical simulation. Record the specific parameters of the geometric model, list all the condition parameters to be simulated, and then carry out numerical simulation. When the residuals and various data reach convergence, the simulation is completed, and the required data is saved. According to the data, origin is used to draw a line chart. Finally, the correct conclusion is drawn through comparative analysis.

KEYWORDS: Floating Head; Heat Exchanger; Numerical Simulation Flow Field; Characteristics Heat Transfer Performance

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

目 录 III

第一章 绪论 1

1.１ 课题背景及意义 1

1.2 现状及发展趋势 2

1.3 浮头式换热器简介 2

1.3.1 原理 2

1.3.2 换热器分类 2

1.3.3 浮头式换热器的结构 3

1.3.4 管板上管子的固定与排列 5

1.4 本文主要研究内容 5

第二章 数值模拟 7

2.1 CFD的运用 7

2.1.1 数值模拟 7

2.1.2 Fluent简介 7

2.1.3 Design Modeler简介 8

2.2浮头式换热器的数值模拟 9

2.2.1物理模型 9

2.2.2建立几何模型 9

2.3 方程 11

2.4 网格划分 12

2.4.1 网格无关性的检查 13

2.5 边界条件 13

第三章 浮头式换热器设计 15

3.1 浮头式换热器参数设计方法 15

3.2 换热器设计计算内容 15

3.2.1 流径选择 16

3.2.2 确定物性参数 16

3.2.3 热流量及醇胺富液用量计算 17

3.2.4 传热平均温差的计算 17

3.2.5 计算传热面积 17

3.2.6 计算工艺结构尺寸 17

3.3 核算换热器 21

3.3.1 核算热流量 21

3.3.3 流动阻力 24

3.4 结构设计 25

3.4.1 浮头管板及钩圈法兰结构设计 25

3.4.2 管箱法兰和管箱侧壳体法兰设计 26

3.4.3 管箱结构设计 27

3.4.4 固定端管板结构设计 28

3.5 强度计算 29

3.5.1 筒体壁厚计算 29

3.5.2 外头盖及封头厚度的确定 30

3.5.3 管箱短节 31

3.5.4 管箱短节开孔补强校核 32

3.5.5 壳体接管开孔补强校核 33

3.5.6 固定管板计算 34

3.5.7 球冠形封头 36

第四章 浮头式换热器数值模拟的结果与讨论 38

4.1 模拟结果分析 38

4.2 不同进口速度对传热性能的影响 40

4.3 不同进出口温差对传热性能的影响 43

4.4 数值模拟的结果与讨论 47

第五章 总结与展望 48

5.1总结 48

5.2展望 48

参考文献 49

第一章 绪论

1.１ 课题背景及意义

社会在不断发展，那么人类对于能源的需求也愈来愈大，目前迫在眉睫的问题就是能量资源的短缺。从古代到现代，人类的发展总是依靠能源的不断更新进步。可想而知，能源对于新时代的我们是无比重要的。那么如何高效的利用已有的能源是大家共同关心的主要问题。提高能源的利用大概有两种办法，其一是高效利用已由能源，例如化石能量以及现在发展飞快的太阳能，中子能以及风能等等。但由于化石能源对于环境的污染过于严重，新能源的开发利用技术仍不成熟，导致能源利用率仍是不仅人意。其二是对已有的能源进行最高效的利用，将能源的力量发挥到极致。

雾霾问题已经困扰着全世界的我们很久了，由于氮和硫的氧化物的大量排放，导致空气遭到了日趋严重的污染。客观定义上是有害物质不加阻拦地排放而导致的空气污染，那么在实际生活中这些大气污染物究竟来源于哪里呢，这就是个比较严重的问题了。目前中华大地，农民户口占到了差不多九亿之多，那么在土地种植过庄家并秋收后，就会存在大量的秸秆以及废弃的草苷植物等，为了方便也为了农民伯伯的土地在第二年能有比较好的元素营养，他们通常会选择在土地上直接进行焚烧秸秆，这就会产生大量的废弃废烟排放到了大气中，造成相当严重的大气污染。除此之外，北方农村也是通过燃烧秸秆木头煤等来取暖的，这也会造成相当大的大气污染。另一方面，随着中国的飞速发展，遍布的工厂开在全国个个角落，为国家GDP做出卓越贡献的同时也排放了大量的废弃废渣，对空气造成十分恶劣的影响。

但归根结底这仍然是使用能源从而出现的问题。由于传统化石能源的燃烧不能燃尽，大量污染气体排入大气，造成前所未有的污染。总结来说往往是燃料不能很好的燃尽以及能源利用效率过低导致的大气污染。

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