造粒模板换热系统流动和传热的仿真研究

论文摘要

换热通道的结构分布及其传热效果不佳,导致熔融物料受热分布不均,物料温度过高部分在被挤出造粒面时不能被充分冷却而成粘稠状;物料温度较低部分则不能顺畅流动,发生堵塞现象,影响造粒的顺利进行,甚至影响造粒模板的使用寿命。通过对仿真研究的步骤进行分析,确立了本文的仿真研究步骤为:数值计算方法的确定、研究对象的几何模型的建立、流场物理模型的建立、温度场物理模型的建立、数学模型的建立、单值性条件的设置。本文对在不同初始流速以及在加热通道内设置折流板的情况下,加热系统的换热情况进行了仿真研究,通过对加热系统的流场、温度场的研究分析,得出了以下结论:(1)流体的流动带动着热量的传递,流速的大小是热量传递的一个关键因素。因此通过对导热油初始速度分别为v0=50mm/s与v0=40mm/s情况下的流动及传热的计算分析与对比:当v0=40mm/s时,造粒带温度分布明显不均,存在过冷现象,发生造粒孔堵塞,不适合造粒生产的进行;当v0=50mm/s时,传热效果良好,温度分布均匀,造粒带温度能达到490k左右,有助于造粒生产的进行。(2)在加热通道内设置折流板后,通过对导热油的流动与传热效果仿真计算,分析可知:在导热油初始速度v0=45mm/s、初始温度T0=523k的情况下,造粒带温度能达到490k左右,且温度分布均匀,不存在过冷与过热现象;因此设置折流板能加强导热油的扰动,其综合传热性能优于增加折流板之前的加热通道,很好地满足了稳定性和经济性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 序言
• 1.1 综述内容
• 1.1.1 塑料生产
• 1.1.2 造粒模板
• 1.1.3 加热通道
• 1.1.4 换热介质
• 1.2 研究目的及其意义
• 1.2.1 研究目的
• 1.2.2 研究意义
• 1.3 要解决的问题及解决方法
• 2 仿真研究的步骤
• 2.1 数值计算方法
• 2.1.1 直接差分法（DDM）
• 2.1.2 有限差分法（FDM）
• 2.1.3 有限元法（FEM）
• 2.1.4 有限容积法（FVM）
• 2.1.5 数值计算方法的确定
• 2.2 几何模型的建立
• 2.2.1 坐标系的选取
• 2.2.2 单元类型的选取
• 2.2.3 节点生成
• 2.2.4 几何图形的生成
• 2.2.5 网格的划分
• 2.3 流场物理模型的建立
• 2.3.1 流场物理模型的描述
• 2.3.2 流动状态
• 2.4 温度场物理模型的建立
• 2.4.1 传热方式
• 2.4.2 传热方式的确定
• 2.5 数学模型
• 2.5.1 数学模型建立的条件
• 2.5.2 数学方程的建立
• 2.6 单值性条件
• 2.6.1 加热通道的几何条件
• 2.6.2 物性条件
• 2.6.3 初始条件
• 2.6.4 边界条件
• 2.7 本章小结
• 3 换热介质为稳态的研究
• 3.1 流动状态的确定
• 3.2 计算过程及结果分析
• 3.2.1 计算软件
• 3.2.2 单位制的选择
• 3.2.3 加热通道仿真研究程序
• 3.2.4 求解的收敛过程和可视化
• 3.2.5 计算结果
• 3.3 本章小结
• 4 设置折流板情况下强化传热的仿真研究
• 4.1 通道内设置折流板以强化管内单相对流换热研究状况
• 4.2 问题的描述
• 4.3 折流板的几何尺寸
• 4.4 折流板的物理模型
• 4.5 设置折流板的加热通道及造粒带物理模型
• 4.6 网格的划分
• 4.7 数学模型的建立
• 4.7.1 基本假设
• 4.7.2 控制方程
• 4.8 实验分析
• 4.8.1 设置折流板后的流动情况
• 4.8.2 流场
• 4.8.3 温度场
• 4.9 本章小结
• 5 结论与展望
• 5.1 研究结论
• 5.2 展望
• 参考文献
• 附录A
• 附录B
• 附录C
• 在学研究成果
• 致谢