空调管翅式换热器成形工艺的仿真研究

论文摘要

管翅式换热器作为一种紧凑式换热器,在空调和制冷行业具有广泛的应用。随着空调与制冷行业的技术发展、以及环保法规的进一步严格控制,提高换热单元本身结构的换热系数,是提高热交换器的整体换热性能,弥补替代制冷剂性能低下的必要手段。换热管与翅片胀接工艺及换热器整体弯曲工艺是管翅式换热器成形中关键的工艺,对换热器的传热效能、可靠性以及使用寿命具有决定性的影响。随着如内螺纹铜管等新技术的使用以及现代化大生产条件下对高生产效率的要求,对管翅式换热器的成形工艺要求越来越高。本文以目前空调器热交换器所使用的首选高效节能换热管材——内螺纹铜管和L形翅片为对象,采用有限元方法对换热器的胀接工艺进行了二维和三维的仿真模拟。通过研究换热器胀接过程中胀管驱动力、换热管参数的变化规律,胀接后翅片与换热管的接触状态和接触压力分布特点,探讨了胀接过程中影响胀接质量的因素。本文以空调换热器普遍使用的波纹翅片为研究对象,建立了管翅式换热器三层弯曲工艺的仿真模型,通过对换热器弯曲成形过程中重要成形参数的研究,找出了翅片出现压溃的原因。在此基础上,本文对管翅式换热器成形工艺参数进行了优化研究。为了改善胀接效果,提高成形和接触质量,本文研究了芯棒形状对换热管成形质量和管翅接触状态的影响。同时,基于样条曲线的方法,以降低管翅之间的接触间隙为目标对翅片形状进行了优化,得到了可以使接触传热系数大大提高的翅片形状。在对换热器多层工艺中的模具结构、聚氨酯塑料片及边界条件对成形质量的影响做了深入分析后,找出了导致弯曲过程中翅片变形的原因并进行了改进,为弯曲成形工艺的改进提供重要指导。通过相关的实验验证,实验结果与仿真结果吻合,管翅式换热器的成形模拟及工艺优化的模型能够较好地反映真实情况,能够有效的指导和改进实际生产工艺。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 选题的背景及意义
• 1.2 空调管翅式换热器成形的主要工艺
• 1.2.1 空调管翅式换热器胀接工艺
• 1.2.2 空调管翅式换热器弯曲工艺
• 1.3 空调管翅式换热器成形的主要工艺的研究现状
• 1.3.1 空调管翅式换热器胀接工艺研究的现状
• 1.3.2 空调管翅式换热器弯曲工艺研究的现状
• 1.4 本课题研究的主要目的及内容
• 第二章 管翅式换热器成形工艺
• 2.1 引言
• 2.2 换热器胀接成形的理论分析
• 2.2.1 胀接的原理
• 2.2.2 胀接过程的力学分析
• 2.2.3 接触压力与芯棒过盈量之间的关系
• 2.2.4 接触压力与胀管率之间的关系
• 2.2.5 接触压力与接触传热系数之间的关系
• 2.3 换热器弯曲成形
• 2.3.1 换热器弯曲成形的技术要求
• 2.3.2 换热器弯曲成形
• 2.4 本章小结
• 第三章 管翅式换热器成形过程模拟
• 3.1 引言
• 3.2 换热器胀接工艺的三维仿真模拟
• 3.2.1 胀接工艺的三维有限元模型的建立
• 3.2.2 结果分析和讨论
• 3.3 换热器胀接工艺的二维仿真模拟
• 3.3.1 胀接工艺的二维有限元模型的建立
• 3.3.2 结果分析和讨论
• 3.4 换热器多层弯曲工艺的仿真分析
• 3.4.1 弯曲工艺的有限元模型的建立
• 3.4.2 结果分析和讨论
• 3.5 本章小结
• 第四章 换热器成形工艺参数优化
• 4.1 引言
• 4.2 胀接工艺中模具对工艺的影响
• 4.2.1 模具参数变化对换热管成形的影响
• 4.2.2 模具参数变化对管与翅片接触的影响
• 4.3 胀接工艺中翅片形状的优化
• 4.3.1 优化工具及流程
• 4.3.2 优化的思路
• 4.3.3 优化的方案及结果
• 4.4 弯曲工艺优化分析
• 4.4.1 弯曲模结构对弯曲质量的影响
• 4.4.2 聚氨酯塑料片对弯曲质量的影响
• 4.4.3 边界条件对弯曲质量的影响
• 4.5 本章小结
• 第五章 换热管成形过程实验
• 5.1 引言
• 5.2 胀接工艺仿真的实验验证
• 5.2.1 换热管成形参数的实验验证
• 5.2.2 换热管与翅片接触的实验验证
• 5.3 弯曲工艺仿真的实验验证
• 5.3.1 翅片变形模式的验证
• 5.3.2 换热器弯曲实验
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 创新点
• 6.3 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间学术论文发表及专利申请情况