换热器热传递的有限元分析

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1、第１９卷第３期工程设计学报Ｖｏｌ．１９Ｎｏ．３２０１２年６月ＣｈｉｎｅｓｅＪｏｕｒｎａｌｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＤｅｓｉｇｎＪｕｎ．２０１２ＤＯＩ：１０．３７８５／ｊ．ｉｓｓｎ．１００６－７５４Ｘ．２０１２．０３．０１１换热器热传递的有限元分析王文斌，沈振军（上海大学精密机械工程系，上海２０００７２）摘要：换热器的设计涉及许多因素，而热传递能力是检验换热器结构设计成功与否的重要标准．从理论上难以准确计算出换热器的传热效率，所以提出利用ＡＮＳＹＳ有限元分析软件来研究换热器的热交换过程．剖析系统的热

2、传递原理，对换热器进行优化建模，加载热载荷，并得到换热器的温度场分布；由分析结果可以看出换热器能够满足系统要求，使系统重新达到热平衡．换热器的换热性能得以肯定，继而说明了换热器的结构设计是可行的，并为后一步的优化设计奠定了基础．关键词：换热器；有限元；对流换热系数；热流密度中图分类号：ＴＢ１１５．２５文献标志码：Ａ文章编号：１００６－７５４Ｘ（２０１２）０３－０２１３－０４ＦｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓｏｆｈｅａｔｅｘｃｈａｎｇｅｒｓｔｈｅｒｍａｌｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎＷＡＮＧＷｅ

3、ｎ－ｂｉｎ，ＳＨＥＮＺｈｅｎ－ｊｕｎ（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＰｒｅｃｉｓｉｏｎＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＳｈａｎｇｈａｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０００７２，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｔｈｅｈｅａｔｅｘｃｈａｎｇｅｒｉｎｖｏｌｖｅｓｍａｎｙｆａｃｔｏｒｓ，ａｎｄｔｈｅｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒａｂｉｌｉｔｙｉｓｉｍｐｏｒｔａｎｔｔｏｔｈｅｈｅａｔｅｘｃｈａｎｇｅｒｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｅｓｉｇｎ．Ｉｔｗａｓｄｉｆｆｉｃｕｌｔｔｏａｎａｌｙｚｅ

4、ｔｈｅｈｅａｔｅｘｃｈａｎｇｅｒｓｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒａｂｉｌｉｔｙａｃｃｕｒａｔｅｌｙｉｎｔｈｅｏｒｙ，ｓｏＡＮＳＹＳｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓｓｏｆｔｗａｒｅｗａｓｕｓｅｄｔｏｓｔｕｄｙｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｈｅａｔｅｘｃｈａｎｇｅｒ．Ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒｔｈｅｏｒｙｗａｓａｎａｌｙｚｅｄ，ｔｈｅｈｅａｔｅｘ－ｃｈａｎｇｅｒｗａｓｍｏｄｅｌｅｄ，ｔｈｅｒｍａｌｌｏａｄｉｎｇｗａｓｌｏａｄｅｄ，ａｎｄｔｈｅｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏ

5、ｎｏｆｈｅａｔｅｘ－ｃｈａｎｇｅｒｗａｓｇｏｔ；ｉｔｉｓｓｈｏｗｎｂｙｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｒｅｓｕｌｔｔｈａｔｔｈｅｈｅａｔｅｘｃｈａｎｇｅｒｃａｎｓａｔｉｓｆｙｔｈｅｓｙｓｔｅｍｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ，ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｃａｎｒｅａｃｈｔｈｅｒｍａｌｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍａｇａｉｎ；ｔｈｅｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｅｈｅａｔｅｘｃｈａｎｇｅｒｉｓｃｏｎｆｉｒｍｅｄ，ａｎｄｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｔｈｅｈｅａｔｅｘｃｈａｎｇｅｒｄｅｓｉｇｎｉｓｆｅａｓｉｂｌｅ，

6、ａｎｄａｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｆｏｒｔｈｅｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｄｅｓｉｇｎｉｓｌａｉｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｈｅａｔｅｘｃｈａｎｇｅｒ；ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔ；ｃｏｎｖｅｃｔｉｏｎｈｅａｔｔｒａｎｓｆｅｒｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ；ｈｅａｔｆｌｕｘ换热器，是将热流体的部分热量传递给冷流体的以为了了解换热器是否能在指定时间让密闭容器重设备，又称热交换器．换热器是化工、石油、动力、食品新达到热平衡，提出利用ＡＮＳＹＳ有限元软件来分［２－４］及其他许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要析换热器的热交换

7、过程．由分析得到换热器的温地位．换热器种类很多，根据冷、热流体热量交换的原度场分布，结果表明换热器能够很好地实现换热效果，理和方式基本上可分三大类，即间壁式、混合式和蓄热使系统重新达到热平衡，从而对换热器的换热性能进式．换热器的设计包括热分析，尺寸、质量、结构强度、行肯定，为后一步的优化奠定了基础．压降和成本的设计及分析，其中热分析过程复杂并且１系统换热原理决定着换热器热传递成功与否．因此，分析换热器的热［１］传递过程对其结构设计等方面具有很大的意义．热传递的方式主要有３种：热传导、热对流和热本实

8、验设备为密闭式容器，系统工作过程中会辐射．本文主要采用热传导和热对流的方式将密闭产生大量的热能，热能又会影响系统的正常工作，所容器中的热能传递到外界空气中．密闭容器及换热收稿日期：２０１１－１１－２２．作者简介：王文斌（１９８６—），男，江西南昌人，硕士生，从事机械设计和温度控制等研究，Ｅ－ｍａｉｌ：ｗａｎｇｗｅｎｂｉｎ．５１９＠１６３．ｃｏｍ．通信联系人：沈振军，副研究员，硕士生导师，Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｊｓｈｅｎ＠ｓｈｕ．ｅｄｕ．ｃｎ．·２１４·工程设计学报第１９卷设备如图１所示．