車用甲醇裂解器的換熱器設(shè)計(jì)研究.pdf

1、利用發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣余熱對(duì)甲醇進(jìn)行加熱，使其裂解為氫氣和一氧化碳等的混合氣，裂解后將這種混合氣體導(dǎo)入發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒室進(jìn)行燃燒。這種燃用形式將可以克服甲醇的毒性、腐蝕性和低溫冷啟動(dòng)等不良性質(zhì)的影響，并可以實(shí)現(xiàn)甲醇的高比例使用，具有廣闊的市場(chǎng)前景。車載甲醇裂解器的換熱器是整個(gè)裂解器中非常關(guān)鍵的組成部分，它關(guān)系到尾氣余熱利用率進(jìn)而影響甲醇的裂解效率，即催化劑必須在特定的溫度內(nèi)工作，溫度過低則甲醇裂解率低，溫度高則催化劑失效，所以換熱器的設(shè)計(jì)就十分關(guān)鍵，

2、必須保證把甲醇蒸汽加熱到260-390℃之間，催化劑才能起到真正的作用。作為一種換熱裝置，換熱器的種類較多，但針對(duì)甲醇裂解器的換熱器，需要考慮生產(chǎn)成本，清洗方便，選材和使用范圍，工作安全，經(jīng)久耐用等情況，因此需要為甲醇裂解器設(shè)計(jì)一款能達(dá)到上述目的的換熱器。
　　本文以該換熱器為研究對(duì)象，以其性能符合甲醇裂解的條件為研究目標(biāo)，對(duì)換熱器做了熱力分析、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及仿真，具有一定的工程實(shí)用價(jià)值和理論意義。本文主要研究?jī)?nèi)容如下：
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3、）本文深入研究了換熱器的結(jié)構(gòu)形式，確定固定管板式管殼換熱器為本文要設(shè)計(jì)的換熱器。以BN492汽油機(jī)為配套發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)了換熱器相關(guān)零部件的結(jié)構(gòu)尺寸，并利用經(jīng)驗(yàn)公式等對(duì)甲醇裂解器換熱器進(jìn)行了強(qiáng)度校核和熱力分析；對(duì)換熱器的平均溫度、換熱系數(shù)、甲醇消耗量、對(duì)流傳熱膜系數(shù)、總傳熱面積、總傳熱系數(shù)等參數(shù)進(jìn)行了計(jì)算，計(jì)算結(jié)果表明上述結(jié)構(gòu)尺寸都滿足換熱器國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)計(jì)要求。
　　2）利用GAMBIT軟件建立了換熱器及相關(guān)零部件（管板、法蘭等）的三維

4、模型，為使之后的對(duì)流傳熱性能仿真分析能夠順利進(jìn)行，對(duì)零部件的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)進(jìn)行了適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化；采用GAMBIT軟件對(duì)換熱器及其相關(guān)零部件進(jìn)行網(wǎng)格劃分和邊界條件設(shè)定；介紹了自然對(duì)流換熱模型，同時(shí)對(duì)布斯尼斯克假設(shè)(J．Bous sinesq hypothesis model)進(jìn)行了說明，并根據(jù)布斯尼斯克假設(shè)推導(dǎo)出自然對(duì)流邊界層的基本方程組。對(duì)換熱器殼程建立湍流模型，選擇了標(biāo)準(zhǔn)k～ε湍流模型；壓力～速度耦合方程采用SIMPLEC方法；流動(dòng)方程與換熱方

5、程組均采用二階迎風(fēng)差分格式，流體進(jìn)、出口采用壓力進(jìn)、出口邊界條件；換熱器的整個(gè)外壁面采用絕熱邊界條件。
　　3）基于流體動(dòng)力學(xué)計(jì)算分析軟件 FLUENT6.0對(duì)換熱器的溫度場(chǎng)、內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行了模擬分析，并對(duì)換熱器截面上的壓力場(chǎng)進(jìn)行了分析，最后利用FLUENT6.0軟件對(duì)換熱器進(jìn)行了熱效率仿真。仿真分析結(jié)果顯示：對(duì)換熱器熱效率仿真表明該換熱器能夠滿足車載裂解器對(duì)熱量的需求，即經(jīng)過換熱器以后，殼程內(nèi)從八個(gè)大氣壓下降到四個(gè)大氣壓，管程內(nèi)尾