基于Solidworks的批式循环粮食干燥机换热器的三维流场模拟

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)华南农业大学工程学院 作者:李健民

  粮食干燥作业中多用到列管式换水器,这种换水器结构简单、制造容易、检修方便。为此,通过Solidworks软件建模,用插件Solidworks flow simulation 模拟批式循环粮食干燥机换热器中烟气和空气的三维流场,对换热器的流场分析和数值分析进行了有意义的探索,为换热器的优化设计提供了有价值的参考。

  引言

  目前,粮食干燥作业中多用列管式换热器,这种换热器结构简单、制造容易、检修方便。干燥行业中换热器的热介质是烧无烟煤或其他燃料产生的高温烟道气。高温烟气在管内流动,冷空气介质在管外冲刷管子流动。数值模拟是换热器研究的一种重要手段。采用数值模拟方法可以对不同换热器的流场、温度场以及压力场等进行研究,能够详尽地预测各种因素对流场和传热过程的影响,有利于换热器综合性能的提高和新型换热结构的开发。

  选择一款简单易学的数值模拟软件十分重要。三维实体建模已是产品设计的主流,在众多三维CAD 软件( 如CatiaPro/E,I - DEAS,UG 等) 中, Solidworks软件具有独特优势,换热器的三维结构即采用的Solidworks 的设计功能实现。目前,市面上有很多CFD 软件,其中有Solidworks 公司近年推出Solidworks Flow Simulation,该插件是第一种完全内置于SolidWorks 软件中的液流仿真和热分析程序,易用性

  首屈一指。使用该插件在Solidworks 软件强大的三维建模下,无需转换直接进行流体分析,节省了时间和成本。本文使用Solidworks Flow Simulation 对小型批式循环粮食烘干机的换热器进行仿真分析,分析了该换热器在换热时冷热介质在换热器内的流动速度、温度、压力以及流动轨迹的流场分布,为换热器的优化设计得到了有参考价值的结论。

1、模型建立

  根据该小型批式循环粮食烘干机的设计要求,使用Solidworks 软件建立换热器的三维模型如图1 所示。换热器的内部结构截面如图2 所示。换热器的主要几何参数和几何特征如表1 所示。

换热器的三维模型

1. 冷空气入口2. 回转室3. 热空气出口4. 烟气出口5. 烟气入口

图1 换热器的三维模型

换热器的内部结构截面图

图2 换热器的内部结构截面图

表1 换热器的主要几何参数和几何特征

换热器的主要几何参数和几何特征

  由图1 和图2 可见,换热管采用正三角形排列,热介质从烟气入口进入依次通过各层换热管,在回转室里转向后进入下一管程4 次回程加热冷介质。

4、结论

  1) 说明了Solidworks Flow Simulation 可以极大的提高流体仿真的分析效率,很快地模拟出列管换热器各流体介质的压力、速度、温度和流动轨迹等分布。

  2) 由图3 可知烟气的温度从800℃降到了400℃左右,空气从20℃ 升到了100℃ 左右,烟气温度还很高,应适当增加换热管数量,提高换热器效率。

  3) 图3、图5、图6 共设置了100 条流动轨迹线,清楚地模拟出了烟气和空气在换热器内的流动轨迹。

  4) 从图8 可以看出烟气在换热管温度随着距固定板的的距离基本呈线性降低。

  5) 本文以solidworks 软件建模用插件Solidworks Flow Simulation 仿真,模拟了流体介质的三维流场,对换热器的流场分析和数值分析进行了有益的探索。

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