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罐式集装箱传热过程分析及数值模拟

作　者: 任超
导　师: 王学生
学　校: 华东理工大学
专　业: 化工过程机械
关键词: 罐式集装箱传热过程数值模拟加热时间保温
分类号: TH247
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

罐式集装箱广泛运用于运输各种化工物料、农药和食品等液态物品。运输过程中物料不仅需要保温,而且很多情况下还需要加热才能完成卸料。罐箱加热保温过程是一个复杂的非稳态的传热过程。由于环境、物料参数,罐箱及加热保温结构形式的多样性,给罐箱的加热保温设计带来了很大难度。用传统手工计算无论从计算精度还是计算工作量都是难以完成的,因此采用计算机数值分析是解决这些难点的有效途径。针对一种罐箱建立传热过程的数值计算模型,并进行合理简化。通过Fluent软件对其两种蒸汽加热工况进行数值模拟,掌握流体在加热管中的流动特点,得到不同工况下每根蒸汽管中的流量、压力分布情况。研究加热过程中罐箱内部不同时刻的温度场和流场分布及变化情况,掌握加热时间的范围。数值研究不同保温层的保温性能,并针对一种保温结构对罐箱进行漏热数值分析,考察每个漏热面上不同时刻的漏热量,得出漏热分布情况和罐内温降规律。进行现场罐箱加热试验,得到了合理的试验结果,通过数据对比,考察数值分析的准确性。本文通过对罐箱传热过程的数值分析及试验研究,得到了一系列重要的参数结果,为罐式集装箱加热系统和保温结构的设计提供了依据。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第1章绪论  10-20
  1.1 课题背景  10-11
  1.2 罐箱加热保温原理及发展现状  11-12
  1.3 罐箱加热保温国内外研究进展  12-15
  1.4 CFD简介及有限体积法  15-18
    1.4.1 CFD基础  15-16
    1.4.2 有限体积法简介  16-17
    1.4.3 FLUENT软件简介  17-18
  1.5 本文主要研究内容  18-20
第2章数值分析理论数学模型  20-33
  2.1 流体动力学控制方程  20-22
    2.1.1 连续性方程  20
    2.1.2 动量方程  20-22
    2.1.3 能量方程  22
  2.2 基本方程的初始条件和边界条件  22-24
  2.3 湍流模型  24-28
    2.3.1 湍流简介  24-25
    2.3.2 k-ε双方称模型  25-27
    2.3.3 k-ε模型中的对流传热传质  27-28
  2.4 多相流模型  28-32
    2.4.1 多相流模型简介  28-29
    2.4.2 混合模型  29-30
    2.4.3 蒸发-冷凝模型  30-32
  2.5 本章小结  32-33
第3章蒸汽加热管的流动与传热数值研究  33-48
  3.1 纵向蒸汽加热管系统简述  33-34
  3.2 纵向加热管模拟方法  34-35
  3.3 加热管不含加强圈模拟结果讨论  35-41
    3.3.1 加热管中宏观流场  35-37
    3.3.2 开孔对流场的影响  37
    3.3.3 局部区域速度、温度和压力云图  37-39
    3.3.4 纵向加热管中速度、温度和压力比较  39-41
  3.4 加热管含加强圈模拟结果讨论  41-47
    3.4.1 加热管中宏观流场  41-42
    3.4.2 局部区域速度矢量图  42-45
    3.4.3 纵向加热管中速度、温度和压力比较  45-47
  3.5 本章小结  47-48
第4章罐箱传热过程的数值模拟与试验研究  48-64
  4.1 罐箱传热过程的数学模型  48-51
    4.1.1 传热建模的重要性  48
    4.1.2 罐箱的几何模型与传热过程简述  48-49
    4.1.3 罐箱传热系统的数学模型  49-51
  4.2 罐箱传热过程的模拟方法  51-52
    4.2.1 计算区域和网格划分  51-52
    4.2.2 求解方法和边界条件  52
  4.3 罐箱传热模拟结果与分析  52-57
    4.3.1 不含加强圈工况结果分析  52-54
    4.3.2 含加强圈工况结果分析  54-56
    4.3.3 不同加热工况温度变化规律  56-57
  4.4 罐箱传热过程试验研究  57-63
    4.4.1 试验目的  57
    4.4.2 试验要求  57-58
    4.4.3 试验方法  58
    4.4.4 试验数据记录  58-60
    4.4.5 数据计算与分析  60-62
    4.4.6 试验与模拟数据对比分析  62-63
  4.5 本章小结  63-64
第5章罐箱漏热及保温性能的数值分析  64-76
  5.1 罐箱保温系统数学模型  64-65
  5.2 保温层的保温性能数值分析  65-68
    5.2.1 计算区域和求解方法  65-66
    5.2.2 保温性能分析与讨论  66-68
  5.3 罐箱漏热分布数值分析  68-75
    5.3.1 几何模型和计算区域  68-70
    5.3.2 求解方法和边界条件  70
    5.3.3 漏热分布云图  70-72
    5.3.4 漏热率分析  72-75
  5.4 本章小结  75-76
第6章结论与展望  76-79
  6.1 总结  76-77
  6.2 展望  77-79
参考文献  79-82
研究成果及获奖情况  82-83
致谢  83

罐式集装箱传热过程分析及数值模拟

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