毕业设计（论文）基于SolidWorks的换热器换热效率模拟分析

1、基于solidworks的换热器换热效率模拟分析摘要换热器是化工、炼油、动力、食品、轻工、原子能、制药、航空及其他许多工业部门广泛使用的一种通用工艺设备。换热器不仅能够合理调节工艺介质的温度以满足工艺流程的需要，也是余热、废热回收利用的有效装置。鉴于换热器在工业生产中的重要作用及其能耗较大的现状，改进和提高换热器的性能及传热效率成为节能降耗的重要途径，将产生重要的经济和社会效益。目前，计算机仿真已经成为一种重要的科研方法，我们可以利用计算机仿真进行换热情况的研究。本论文首先阐述了换热器的发展特点及国内外的研究情况，其次对流体力学分析从基本理论、处理问题的思路步骤和在软件solidworks中的

2、应用进行了阐述，并通过solidworks对套管式进行三维建模，利用流体分析工具flow simulation插件对换热器进行动态分析。从而得到分析数据，数据主要利用图例从对称边界条件、流体子区域、边界条件、固体材料、体积目标说明换热器的换热情况。应用solidworks软件仿真可以降低研究成本，缩短产品的开发周期，提高工作效率。本文通过对换热器的三维建模，有助于了解换热器的基本结构。对换热器的运动仿真及应用flow simulation进行仿真的方法可以为换热器安全性和经济效率的后续研究提供了一些参考。关键词： solidworks；flow simulation；换热器；三维建模；流体分析

3、analysis of heat exchanger efficiency based on the solidworks flow simulationabstractheat exchanger is a universal process equipment of chemical, food, light industry and pharmacy, aerospace, nuclear and many other industrial departments. heat exchanger not only can be reasonable adjustment process

4、medium temperature to satisfy the need, but also can be process waste heat recovery and utilization device. since heat exchanger in industrial production have the important role of the status of large energy consumption, improving the efficiency of heat exchanger performance and becoming the importa

5、nt way, energy consumption will produce an important economic and social benefits. at present, the computer simulation has become an important tool, we can use the computer simulation research of stamping safety. this paper elaborates the characteristics and development of heat exchanger and the res

6、earch situation of physical analysis, secondly, the convection from basic theory, handling problems and application in software solidworks are expounded, and through three-dimensional type of casing solidworks modeling, simulation of fluid flow analysis tool for heat exchanger for dynamic analysis .

7、to analyze data, using data from the symmetrical boundary conditions, and illustrations area, fluid boundary conditions, the solid material, the volume of the heat exchanger that goal.application of solidworks software simulation studies to reduce costs, shorten product development cycles, improving

8、 work efficiency. based on the three-dimensional modeling of the heat exchanger, heat exchanger can understand the basic structure of the heat exchanger . the motion simulation of heat flow and application simulation method of simulation for safety and economic efficiency of heat exchanger follow-up

9、 study provides some reference.key words：solidworks; flow simulation; heat exchanger; three-dimensional modeling；fluid analysis目录摘要iabstractii第1章 绪论11.1 课题背景11.2 国内、外研究现状11.3 研究内容、目的及意义5第2章 建模仿真方法72.1 三维建模72.2 solidworks 软件简介82.2.1 系统简介82.2.2 系统要求92.3 solidworks软件建模102.4 模拟仿真12第3章 换热器的建模133.1 换热器模型的

10、建立133.1.1 模型的简化133.1.2 建模方案133.1.3 换热器主要零件模型的建立143.1.4 换热器盖体的建立173.2 换热器模型的装配183.2.1 装配体基本操作方法183.2.2 换热器的装配18第4章 应用flow simulation进行数值模拟及验证214.1 套管式换热器换热系数的计算公式214.2 创建flow simulation数值仿真项目214.2.1 创建项目214.2.2 定义流体子区域234.3 定义边界条件254.3.1 定义边界范围254.3.2 定义固体材料264.3.3 定义体积目标264.4 验证数据及观察图形274.4.1 运行计算27

11、4.4.2 观察目标274.4.3 创建切面云图284.4.4 显示流动迹线294.4.5 表面参数计算304.4.6 计算热交换系数314.4.7 定义参数显示范围32结论34致谢35参考文献36附录38千万不要删除行尾的分节符，此行不会被打印。在目录上点右键“更新域”，然后“更新整个目录”。打印前，不要忘记把上面“abstract”这一行后加一空行第1章 绪论1.1 课题背景换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。套管换热器是使两种或多种流体之间进行能量交换的设备，是化工、制冷等系统中广泛应用的换热器。其具有结构紧凑、耐高压、传热强度大的特点，被大量应用于冷热水机组。目

12、前套管式换热器占据着换热器市场37%，在电厂热力系统、冶金、炼钢、制冷、化学等工业中应用极为广泛，并在这些行业中发挥着重要的作用。套管式换热器性能的高低对于这些高耗能行业的节能具有重要的意义，同时也是这些行业节能战略的重要突破点。因此，套管式换热器多年以来一直是人们关注的焦点，他们通过不同的方法来提高换热器的换热性能。许多企业在家用空调设计时会采用套管换热器与翅片管换热器配合使用，以提高系统整机效能。只有准确地预测换热器性能，掌握换热器的换热效率，才能进一步优化设计并提高系统的性能。根据现有实验表明，在实际运行过程中，换热器的各种条件不会一成不变，时刻处于不稳定状态。如何控制换热器运行在最佳工

13、况，需要对换热器的动态特性进行研究1。同时，从外部环境来看，近年来，能源资源问题日趋严重，随着人们对可持续发展重要性的认识，节能意识的不断提高，就对换热效率提出了更高的要求。作为重要的能量交换设备的换热器，它的效率的提高无疑对于能源的有效利用有重要意义2。传统的换热器设计方法往往由于经验估算精度差，样机的设计修改、制作与测试的次数较多，而造成开发周期过长、开发费用巨大，并且很难使开发的产品达到最节能、节材的设计效果。而采用计算机仿真的方法，以换热器内部传热传质机理为理论依据，在计算机上建立换热器模型，可以减少对实际样机测试的依赖程度，这将大大提高对换热器性能预测的快速性和准确性，所以已经成为现

14、代产品设计的主要发展方向3。1.2 国内、外研究现状尽管计算机及其应用技术已经深入换热器研究开发的各个方面，特别是cfd技术大大促进和推动了换热器研究设计技术的升级发展，但是实验研究依然在换热器研究开发过程中扮演着重要角色，将理论分析、实验研究、cfd数值模拟三者结合以相互补充，是研究换热器问题的理想而有效的手段。换热器研究开发和设计中往往需要必要的实验环节，对数值模拟结果的准确性和精度进行验证，甚至需要根据实验数据与数值模拟数据的对比结果，修正和调整数值模拟的方法，诸如网格尺寸和划分方法、物理模型和控制参数的选取等，以期在数值模拟的计算速度、准确性、稳定性和精度等方面获得最佳方案。因为以上因

15、素在换热器数值模拟过程中极其关键，不同的网格尺寸和划分方法、尤其是物理模型和控制参数的不同选取方案，数值模拟的结果往往是有所差别的；又如目前较为常用的、用于换热器壳程数值模拟的多孔介质模型，涉及到的分布阻力、分布热源等重要参数，若根据经验来确定，不易把握其准确性，只能通过实验确定。在无法通过经验或理论分析等方式预估换热器内流体流场和温度场的真实特性时，如在进行新的换热器结构开发和性能测试过程中，实验验证将是确保数值模拟结果准确性和精度的必要手段。由于换热器内部结构的复杂性，长期以来换热器包括管壳式换热器的研究和开发都是采用实验的方法，建立实验模型，测量实验数据，进行数据处理，然后回归出换热器的

16、传热与流动阻力等计算关联式，并将其应用于换热器的工程设计中。很显然，实验方法具有直观、真实、可靠的特点，对于认识和探索换热器内的流动及换热特性都能起到非常重要的作用。换热器的种类是很多的，弄清换热器种类对换热器模拟来说也是十分重要的4。1换热器的发展及特点 二十世纪20年代出现板式换热器，并应用于食品工业。以板代管制成的换热器，结构紧凑，传热效果好，因此陆续发展为多种形式。30年代初，瑞典首次制成螺旋板换热器。接着英国用钎焊法制造出一种由铜及其合金材料制成的板翅式换热器，用于飞机发动机的散热。30年代末，瑞典又制造出第一台板壳式换热器，用于纸浆工厂。在此期间，为了解决强腐蚀性介质的换热问题，人

17、们对新型材料制成的换热器开始注意。60年代左右，由于空间技术和尖端科学的迅速发展，迫切需要各种高效能紧凑型的换热器，再加上冲压、钎焊和密封等技术的发展，换热器制造工艺得到进一步完善，从而推动了紧凑型板面式换热器的蓬勃发展和广泛应用。自60年代开始，为了适应高温和高压条件下的换热和节能的需要，典型的管壳式换热器也得到了进一步的发展。70年代中期，为了强化传热，在研究和发展热管的基础上又创制出热管式换热器。换热器是化工，石油，动力，食品及其它许多工业部门的通用设备，在生产中占有重要地位.在化工生产中换热器可作为加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器和再沸器等，应用更加广泛。换热器种类很多，但根据冷、热流体

18、热量交换的原理和方式基本上可分三大类即：间壁式、混合式和蓄热式。在三类换热器中间壁式换热器应用最多5。 (1) 间壁式换热器夹套式换热器：这种换热器是在容器外壁安装夹套制成,结构简单；但其加热面受容器壁面限制，传热系数也不高.为提高传热系数且使釜内液体受热均匀，可在釜内安装搅拌器.当夹套中通入冷却水或无相变的加热剂时，亦可在夹套中设置螺旋隔板或其它增加湍动的措施，以提高夹套一侧的给热系数.为补充传热面的不足，也可在釜内部安装蛇管。夹套式换热器广泛用于反应过程的加热和冷却。沉浸式蛇管换热器：这种换热器是将金属管弯绕成各种与容器相适应的形状，并沉浸在容器内的液体中。蛇管换热器的优点是结构简单，能承

19、受高压,可用耐腐蚀材料制造；其缺点是容器内液体湍动程度低，管外给热系数小。为提高传热系数,容器内可安装搅拌器。喷淋式换热器：这种换热器是将换热管成排地固定在钢架上，热流体在管内流动，冷却水从上方喷淋装置均匀淋下，故也称喷淋式冷却器。喷淋式换热器的管外是一层湍动程度较高的液膜，管外给热系数较沉浸式增大很多。另外，这种换热器大多放置在空气流通之处,冷却水的蒸发亦带走一部分热量，可起到降低冷却水温度，增大传热推动力的作用。因此。和沉浸式相比，喷淋式换热器的传热效果大有改善。套管式换热器：是由直径不同的直管制成的同心套管，并由u形弯头连接而成.在这种换热器中，一种流体走管内，另一种流体走环隙，两者皆可

20、得到较高的流速,故传热系数较大。另外，在套管换热器中,两种流体可为纯逆流，对数平均推动力较大。套管换热器结构简单，能承受高压，应用亦方便(可根据需要增减管段数目)。特别是由于套管换热器同时具备传热系数大，传热推动力大及能够承受高压强的优点，在超高压生产过程(例如操作压力为3000大气压的高压聚乙烯生产过程)中所用的换热器几乎全部是套管式。管壳式换热器：是最典型的间壁式换热器,它在工业上的应用有着悠久的历史，而且至今仍在所有换热器中占据主导地位。(2)混合式换热器：混合式热交换器是依靠冷、热流体直接接触而进行传热的，这种传热方式避免了传热间壁及其两侧的污垢热阻，只要流体间的接触情况良好，就有较大

21、的传热速率。故凡允许流体相互混合的场合，都可以采用混合式热交换器，例如气体的洗涤与冷却、循环水的冷却、汽-水之间的混合加热、蒸汽的冷凝等等。它的应用遍及化工和冶金企业、动力工程、空气调节工程以及其它许多生产部门中。 (3)蓄热式换热器：蓄热式换热器用于进行蓄热式换热的设备。内装固体填充物，用以储蓄热量。一般用耐火砖等砌成火格子（有时用金属波形带等）。换热分两个阶段进行。第一阶段，热气体通过火格子，将热量传给火格子而贮蓄起来。第二阶段，冷气体通过火格子，接受火格子所储蓄的热量而被加热。这两个阶段交替进行。通常用两个蓄热器交替使用，即当热气体进入一器时，冷气体进入另一器。常用于冶金工业，如炼钢平炉

22、的蓄热室。也用于化学工业，如煤气炉中的空气预热器或燃烧室，人造石油厂中的蓄热式裂化炉。蓄热式换热器一般用于对介质混合要求比较低的场合6。模拟换热器的动态过程必须要求仿真软件具有如下的特性：要求空调换热器仿真的基础模型和算法必须具备一定的通用性，以模拟不同工质、不同结构的空调换热器的性能，并能够正确反映换热器在不同工况下的性能。为最大程度发挥仿真技术的实用价值，在软件的开发过程必须兼顾稳定、速度和精度。现有的换热器仿真大多对模型做了各种简化，有些忽略了管壁的轴向导热，有些忽略了翅片间相互导热，有些忽略了流体压降等。很遗憾的是，目前也没有一个通用的换热器模型能够同时适用于蒸发器和冷凝器两种工况，并

23、综合考虑析湿工况和湿表面工况对换热器性能的影响。而现有求解换热器模型的算法一般分为两种，一种是通过质量来调整流体压力，另一种是通过质量流量来调整流体压力。前者侧重于换热器整体性能参数的求解，但无法准确描述参数的沿程变化，所以在求解换热器动态分布参数模型的时候，大量学者在都采用了后一种算法。但该算法的稳定性很大程度上受压力迭代初值的影响，在压力迭代初值假设偏离真实压力较大的情况下，算法的稳定性会恶化7。管壳式换热器的研究也是最早开始于实验研究。从1947年起，begrelni和culmu便开始了管壳式换热器的实验研究，观察了管束排列、折流板切割高度及间距、泄漏、旁路对壳侧压降和换热的影响，得到了

24、大量实验数据。1957年，gupat首次利用跟踪粒子较粗略地显示了玻璃换热器壳侧流动情况。1998年，li采用流场可视化技术进行研究。下弓形折流板换热器第一个折流板隔段的流体流动现象，并以传质类比传热的方法分析了其传热规律。2002年，klade等利用流场可视化技术研究了针翅表面强化管。工况下用于紧凑式换热器的强化传热，验证了该强化表面管的强化传热性能。美国phinips石油公司于70年代首先研制成功了折流杆换热器，经较大范围的实验测试，得到了折流杆换热器设计的准数关系式。董其伍、刘敏珊等研究了纵流式换热器在气一气、气一液等介质无相变、有相变工况下流体流动与传热性能，并得到了目前已用于工程设计

25、的湍流状态下传热系数准数关联式和流动阻力准数关联式。钱颂文等对三种纵流式管束支撑结构进行了实验研究，证明采用变截面扭曲管、绕丝管和光管的混合管束自支撑结构，管程和壳程的传热同时得到强化。罗运禄等对五种支撑条件下气流纵向冲刷和一种弓形折流板支撑气流横向冲刷横纹槽管束的流动和传热性能进行了实验研究，发现横纹槽管束的最佳支撑结构为空心环或弹性波形薄片。曾舟华等对各种异形孔板与弓形折流板进行了对比实验研究，得到了相对于弓形折流板的最佳孔板形式。近年来，激光多谱勒测速仪l（dv）粒子图像测速仪（plv）等先进实验和测试仪器在流体力学学科的深入应用，为换热器实验研究提供了强有力的实验手段，极大地提高了换热

26、器的实验测试能力，进一步推动了换热器实验研究向着高精度、高效率和数控化方向发展。实验研究固然有其优点，但实验研究周期长、实验过程费用较高，受多方面因素限制，实验模型经过简化后，与工程应用中换热器原型尺寸和结构差别往往较大，难以完全相似，不可避免地存在着原始缺陷与误差，难以进行放大设计和优化设计，且测量误差的存在对测量仪器及测量人员的测量经验都有较高的要求。因此随着换热器向着大型化、高参数化不断发展，单纯依靠实验研究方式已不能很好地适应换热器的研究和开发需要。除实验方法之外，人们越来越认识到寻求一种节省投资、减少浪费且方便可行的研究和开发方式对于进一步深入研究换热器的重要性。基于一定实验数据的数

27、值模拟是获得复杂物理问题详细解的一种节约投资、减少浪费、方便可行的途径8,9,10。solidworks是基于windows平台的三维实体特征建模软件系统，是微机版参数化特征造型软件的新秀，利用了多种流行技术，如草图生成器与面向对象技术，且系统具有可扩展性和集成能力，采用parasolid作为几何平台和dcm作为约束管理模块，底层功能得到了专业机构的支持，技术相对成熟，具有很强的稳定性。采用特征树和装配树来直观管理产品的设计过程，有严密的几何和尺寸约束关系，清除区分欠约束和全约束，零件、装配图和二维图全程共享关联性约束，它的设计数据100%可以编辑，尺寸、相互关系和几何轮廓形状可以随时修改；s

28、olidworks具有特征管理器，复杂零部件的细节和局部设计安排条理清晰明了，操作简单；solidworks的全相关技术使得零部件之间和零部件与图纸之间的更新完全同步；solidworks能自动进行动态约束检查，具有强劲复杂曲面造型能力，能设计表面形状复杂的船体曲面和各种曲面零件；solidworks既可以先设计立体的饭金零件也可以按零件的平面展开图进行设计。由于以上特点，solidworks已成为目前微机平台上的主流三维机械设计软件。2换热系数的计算方法：使用flow simulation来测定逆流式热交换器的效率，并观察里面的温度和流体模式。通过流体和温度样式，可以使用flow simul

29、ation来直接决定热交换器效率。设计师能借此理解整个物理过程的情况下改善他们的设计。最方便了解热交换器性能的方法就是两侧从高温流体到另一低温流体的过程中，转移了多少热“效率”。如果在所有流体的初始温度是已知的，那么效率就可以决定。因此，只要指定入口温度，就可以很容易的得到出口温度11。1.3 研究内容、目的及意义本课题要利用计算流体力学软件，通过对管壳式换热器内流体流动和换热进行数值模拟，计算出换热器内的流动和换热系数的大小。具体的任务如下：1选择套管式换热器进行性能研究，对它们的物理意义和应用范围进行研究，从中选出适用于供热系统中换热器的评价参数。2应用solidworks软件对换热器主要

30、部分进行三维建模，再利用转配过程组成一个完整的套管式换热器。3通过研究模拟得到的可视化速度场、温度场、压力场，可以清楚地看到壳侧流体复杂的运动和换热，分析比较不同的折流板结构下壳侧流体的流动和换热情况。4对套管式换热器的热效率进行优化。第2章 建模仿真方法2.1 三维建模建立系统模型的过程。又称模型化。建模是研究系统的重要手段和前提。凡是用模型描述系统的因果关系或相互关系的过程都属于建模。图描述的关系各异，所以实现这一过程的手段和方法也是多种多样的。可以通过对系统本身运动规律的分析，根据事物的机理来建模；也可以通过对系统的实验或统计数据的处理,并根据关于系统的已有的知识和经验来建模。还可以同时

31、使用几种方法。系统建模主要用于三个方面。1分析和设计实际系统。例如工程界在分析设计一个新系统时，通常先进行数学仿真和物理仿真实验，最后再到现场作实物实验。数学仿真比物理仿真简单、易行。用数学仿真来分析和设计一个实际系统时，必须有一个描述系统特征的模型。对于许多复杂的工业控制过程，建模往往是最关键和最困难的任务。对社会和经济系统的定性或定量研究也是从建模着手的。例如在人口控制论中，建立各种类型的人口模型，改变模型中的某些参量，可以分析研究人口政策对于人口发展的影响。2预测或预报实际系统的某些状态的未来发展趋势。预测或预报基于事物发展过程的连贯性。例如根据以往的测量数据建立气象变化的数学模型，用于

32、预报未来的气象。3对系统实行最优控制。运用控制理论设计控制器或最优控制律的关键或前提是有一个能表征系统特征的数学模型。在建模的基础上，再根据极大值原理、动态规划、反馈、解耦、极点配置、自组织、自适应和智能控制等方法，设计各种各样的控制器或控制律12。 系统建模主要用于3个方面对于同一个实际系统，人们可以根据不同的用途和目的建立不同的模型。但建立的任何模型都只是实际系统原型的简化，因为既不可能也没必要把实际系统的所有细节都列举出来。如果在简化模型中能保留系统原型的一些本质特征，那么就可认为模型与系统原型是相似的，是可以用来描述原系统的。因此，实际建模时，必须在模型的简化与分析结果的准确性之间作出

33、适当的折衷，这常是建模遵循的一条原则。现在应用建模和模拟的软件有很多，应用比较多的有cad、cae软件。计算机辅助设计指利用计算机及其图形设备帮助设计人员进行设计工作，简称cad。在工程和产品设计中，计算机可以帮助设计人员担负计算、信息存储和制图等项工作。在设计中通常要用计算机对不同方案进行大量的计算、分析和比较，以决定最优方案；各种设计信息，不论是数字的、文字的或图形的，都能存放在计算机的内存或外存里，并能快速地检索；设计人员通常用草图开始设计，将草图变为工作图的繁重工作可以交给计算机完成；由计算机自动产生的设计结果，可以快速作出图形显示出来，使设计人员及时对设计作出判断和修改；利用计算机可

34、以进行与图形的编辑、放大、缩小、平移和旋转等有关的图形数据加工工作。cad 能够减轻设计人员的劳动，缩短设计周期和提高设计质量13。autocad是由美国autodesk欧特克公司于二十世纪八十年代初为微机上应用cad技术而开发的绘图程序软件包，经过不断的完善，现已经成为国际上广为流行的绘图工具。从autocad2000开始，该系统又增添了许多强大的功能，如autocad设计中心（adc）、多文档设计环境（mde）、internet驱动、新的对象捕捉功能、增强的标注功能以及局部打开和局部加载的功能，从而使autocad系统更加完善14。cae（computer aided engineerin

35、g）是用计算机辅助求解复杂工程和产品结构强度、刚度、屈曲稳定性、动力响应、热传导、三维多体接触、弹塑性等力学性能的分析计算以及结构性能的优化设计等问题的一种近似数值分析方法。其基本思想是将一个形状复杂的连续体的求解区域分解为有限的形状简单的子区域，即将一个连续体简化为由有限个单元组合的等效组合体；通过将连续体离散化，把求解连续体的场变量（应力、位移、压力和温度等）问题简化为求解有限的单元节点上的场变量值。此时求解的基本方程将是一个代数方程组，而不是原来描述真实连续体场变量的微分方程组，得到的是近似的数值解，求解的近似程度取决于所采用的单元类型、数量以及对单元的插值函数。2.2 solidwor

36、ks 软件简介2.2.1 系统简介solidworks是基于windows平台的三维实体特征建模软件系统，是微机版参数化特征造型软件的新秀，利用了多种流行技术，如草图生成器与面向对象技术，且系统具有可扩展性和集成能力，采用parasolid作为几何平台和dcm作为约束管理模块，底层功能得到了专业机构的支持，技术相对成熟，具有很强的稳定性。采用特征树和装配树来直观管理产品的设计过程，有严密的几何和尺寸约束关系，清除区分欠约束和全约束，零件、装配图和二维图全程共享关联性约束，它的设计数据100%可以编辑，尺寸、相互关系和几何轮廓形状可以随时修改；solidworks具有特征管理器，复杂零部件的细节

37、和局部设计安排条理清晰明了，操作简单；solidworks的全相关技术使得零部件之间和零部件与图纸之间的更新完全同solidworks能自动进行动态约束检查，具有强劲复杂曲面造型能力，能设计表面形状复杂的船体曲面和各种曲面零件；solidworks既可以先设计立体的饭金零件也可以按零件的平面展开图进行设计。由于以上特点，solidworks已成为目前微机平台上的主流三维机械设计软件14,15。2.2.2 系统要求运行 solidworks 产品的系统硬件和操作系统要求。所支持的microsoft windows 操作系统如表2-1，对操作系统的要求如表2-2，snl（solidworks网络许

38、可证）服务器要求如表2-316。表2-1solidworks所支持的操作系统solidworks2008solidworks2009solidworks2010windows7 32位否否是windows7 64位否否是vista32位是是是vista64位是是是xp professional是是是xp professional是是是表2-2 solidworks对系统的要求内存l 最小：1 gb 内存l 推荐：2 gb 内存l 超大模型：当系统资源超过 32 位操作系统体系结构使用的 2 gb 内存限制时，应使用具有 6 gb 或更大内存的 x64 处理器和操作系统。 视频l 经过认证的 o

39、pengl 工作站图形卡和驱动程序。要查看经过测试和认证的图形卡及驱动程序组合列表，请访问图形卡和系统网站。cpu l intel 或 amd 处理器l 基于 apple macintosh 的计算机支持 edrawings 其他l 鼠标或其他定点设备l dvd 驱动器l microsoft excel 2002、2003 或 2007l internet explorer 6.x 或更高版本l adobe acrobat 7.0.7 或更高版本 网络l solidworks 只是在 microsoft 的 windows networking 和 active directory 网络环境中

40、进行了测试表2-3 snl服务器列表l 需要有 usb 或并行端口（solidworks 2010 以前的版本）l snl 不支持虚拟服务器l microsoft windows xp professional、windows server 2008 或 windows server 2003（推荐）l dvd 驱动器或支持 internet 的网络连接2.3 solidworks软件建模solidwork的建模思路是由草图到特征再由特征到实体，或者说是从2d到3d。草图是由点、直线、圆弧等基本几何元素构成的封闭的或不封闭的几何形状。草图中包括形状、几何关系和尺寸标注三方面信息。草图分为2d和

41、3d两种。大部分solidworks的特征都是由2d草图绘制开始。草图是三维设计的基础，必须十分熟练的掌握。基准面在草图的绘制及特征的生成过程都是至关重要的。所有草图都应建立在基准面之上，solidworks默认的3个基准面为前视、上视及右视。solidworks是基于特征的实体造型软件。“基于特征”这个术语的意思是：零件模型的构造是由各种特征来生成的，零件的设计过程就是特征的累积过程。所谓特征是指可以用参数驱动的实体模型。通常，特征应满足如下条件：1特征必须是一个实体或零件中的具体构成之一。2特征能对应于某一形状。3特征应该具有工程上的意义。4特征的性质是可以预料的。改变与特征相关的形状与位

42、置的定义，可以改变与模型相关的那些形状关系。对于某个特征既可以将其与某个已有的零件相联结，也可以把它从某个已有的零件中删除，还可以与其他多个特征共同组合创建新实体17。solidworks按创建顺序将构成零件的特征分为基本特征和构造特征两类。最先建立的那个特征就是基本特征，它常常是构成零件最重要的特征。在建立好基本特征后，才能建其他各种特征，基本特征之外的这些特征统称为构造特征。另外，按照特征生成方法的不同，又可以将构成零件的特征分为草绘特征和放置特征。草绘特征是指在特征的创建过程中，设计者必须通过草绘特征截面才能生成的特征。创建草绘特征是零件建模过程中的主要工作。放置特征是系统内部定义好的一

43、些参数化特征。创建过程中，设计者只要按照系统的提示，设定各种参数即可。一个零件的建模过程，实际上就是许多个简单特征相互之间叠加、切割或相交的操作过程。而特征的建立又是在草图的基础上通过拉伸、旋转、扫描放样等特征实现，因此一个零件的实体零件建模的基本过程可以由以下如下几个步骤组成：1选择基本面基本面是实体建模的第一步，一切草图及实体都是通过面来确定或约束的。建模前可以选择系统定义的前视、上视及右视三个基准面，也可以通过特征工具栏中的 “参考几何体”选项的下拉选项“基准面”对原有基准面进行平移、旋转等操作来自定义基准面。 2绘制草图，给草图定义参数。绘制草图一般所用的工具如表2-4。表 2-4草图

44、说明图标说明图标说明直线中心线绘制直线或中心线圆周边圆绘制圆，选择圆心然后拖动来设定其半径样条曲线绘制样条曲线，单击来添加用来形成曲线的样条曲线点边角矩形中心矩形3点边角矩形3点中心矩形平行四边形绘制一个矩形圆心/起/终点画弧切线弧3点圆弧绘制中心点圆弧。设定中心点。拖动来放置圆弧起点，然后设定其长度和方向椭圆部分椭圆抛物线绘制一个完整椭圆。选择椭圆中心，然后拖动来设定主轴和次轴绘制圆角绘制倒角在交叉点切圆两个草图实体之角，从而生成切线弧剪裁实体剪裁或延伸一草图实体以使之与另一实体重合，或删除一草图实体等距实体通过以一指定距离等局面、边线、曲线或草图实体来添加草图实体镜向实体沿中心线镜像所选实

45、体线性草图阵列添加草图实体的线性阵列智能尺寸为一个或多个所选实体定义尺寸3在草图的基础上生成草图特征或直接生成放置特征。生成特征的基本工具：见表2-5。表2-5特征说明图标说明图标说明拉伸凸台/基体以一个或两个方向拉伸一草图或绘制的草图轮廓来生成一实体旋转凸台/基体绕轴心旋转一草图或所选草图轮廓来生成一实体特征扫描沿开环或闭合路径通过扫描闭合轮廓来生成实体特征放样凸台/基体在两个或多个轮廓之间添加材质来生成实体特征拉伸切除以一个或两个方向拉伸所绘制的轮廓来切除一实体模型旋转切除通过绕轴心旋转的轮廓来切除实体模型圆角倒角沿实体或曲面特征中的一条或多条边线来生成圆形内部或外部面线性阵列以一个或两个

46、线性方面阵列特征、面、实体筋给实体添加薄壁支撑拔模使用中性面或分型线按所指定的角度削尖模型面抽壳从实体移除材料来生成一薄壁特征参考几何体参考几何体指令这样一个零件就建模完毕，选择“保存”，保存好零件，零件的扩展名为“sldprt”18。2.4 模拟仿真在solidworks三维建模软件中有对流体进行数值模拟的插件flow simulation。flow simulation是一个建构在超过55年流体研究基础的全新学理，特别适合不具有流体仿真专业背景的工程师。它排除了过程中的推测，对于陈述目标只要求最少的信息，然后银铃用户一步步的进行分析，得到可信赖的工程答案。flow simulation适用

47、的是流体力学及传热学上完整的控制方程，并不是一组简单或者低精度的方程，这导致其应用时广泛的。例如，电子装置（计算机、影音设备等）设计师，可通过他们来设计传品的对流和传导仿真，意检验冷却效果是否效率。陆海空等方面的交通工具设计师，则可借助分析诸如刹车系统、引擎冷却封套、机翼周围或通过火箭喷嘴的流体，或是沉浸在液体中的物体状态等，以令其达到嘴角效率，得到最大的成本。水力或空气力学系统的制造商更可通过它来仔细观察流体分布于压力降，进而改善他们的设计。havc冷暖空调设备制造商则可以通过输水管的流体和热交换器分析，用来决定输水管位置的流体与温度分布状况等，以让产品效能优化。化工制程或油品工业可以通过气

48、门或混合管的流体分析来更加了解设计成果19。第3章 换热器的建模3.1 换热器模型的建立3.1.1 模型的简化实际上，工程问题往往是非常复杂的，形状各异，支承边界形式繁多，而且复杂的计算模型虽然具有较高的准确性，但会相应地增加前处理、数据准备工作和计算机的运算时间，使计算效率大大降低，因此就要求在建立计算模型过程中，作种种必要的简化。然而这种简化的结果，使得计算模型只能近似地反映工程实际问题，或者说计算模型在不同程度上都具有一定的近似性。一般来说这种计算模型模拟工程实际问题所带来的误差(即离散误差)要比有限单元法本身的计算误差大得多。所以，结构有限单元法分析结果的准确性主要是取决于计算模型的准

49、确性，在简化计算模型时，首要的是考虑保证计算模型的准确性，其次适当兼顾其经济性20,21。3.1.2 建模方案本论文中主要研究的是套管式换热器的solidworks flow simulation 分析，所以此次建模主要实体模型是套管式换热器。见图3-1。图3-1 换热器模型3.1.3 换热器主要零件模型的建立启动solidworks 2009软件，打开界面后点击【文件】，选择【零件】后确定。选择前视基准面为作图基准面，单击【草图绘制图标】，绘制2个圆，再单击【智能尺寸】，把圆的直径分别设置为100和120。如图3-2。图3-2 换热器中心管体再单击特征中的【拉伸土台/集体】，在弹出的对话框中

50、方向1下的【d1】设置为720，如图，单击设计树中的【前视基准面】，再点击【插入】里的【参考集合体】的【基准面】，在弹出的对话框中的【长度】后面输入100，单击确定，于是【基准面1】得以确立，选择【基准面1】使其正式于，单击【草图】中的【圆】，以中心基准点画2个圆，点击【智能尺寸】并确定直径分别为120和240，再单击【特征】中的【拉伸土台/集体】，在弹出的对话框中的d1后面输入10，单击确定，得到图3-3。图3-3 换热器中心管体和壁面选择设计树中的【前视基准面】，在此基础上选择【插入】里的【参考集合体】的【基准面】在弹出的对话框中的【长度】后面输入110，单击确定，于是【基准面2】得以确立

51、，选择【基准面2】使其正视于，单击【草图】中的【圆】，以中心基准点画2个圆，点击【智能尺寸】并确定直径分别为240和220，再单击【特征】中的【拉伸土台/集体】，在弹出的对话框中的d1后面输入500，单击确定选择设计树中的【前视基准面】，在此基础上选择【插入】里的【参考集合体】的【基准面】。在弹出的对话框中的【长度】后面输入610，单击确定，于是【基准面3】得以确立，选择【基准面3】使其正视于，单击【草图】中的圆【】，以中心基准点画2个圆，点击【智能尺寸】并确定直径分别为240和120，再单击【特征】中的【拉伸土台/集体】，在弹出的对话框中的d1后面输入10，单击确定，得到图3-4。图3-4

52、换热器主要换热部分现在换热器的进气管的主体部分就完成了。接下来建模进水管路的部分。选择设计树中的【上视基准面】，在此基础上选择【插入】里的【参考集合体】的【基准面】在弹出的对话框中的后面输入240，单击确定，于是【基准面4】得以确立。选择【基准面4】使其正视于，单击【草图】中的【圆】，以中心基准点画2个圆，点击【智能尺寸】并确定直径分别为100和120，建立直径分别为100和120的2个圆，再用【智能尺寸】单击圆心和外管侧壁1，输入80。再以同样的方法确定2个100和120直径并以外管侧壁2的距离为80。单击【特征】中的【拉伸土台/集体】，在弹出的对话框中方向1后输入0.001，方向2后输入1

53、60，得到图3-5。然后把流水管贯穿，选择【基准面4】使其正视于，单击【草图】中的的【圆】，以刚才2个圆心继续画圆，直径都设置为100，单击【添加几何约束】将2个圆也前面的4个添加【同心】约束。选择【特征】中的【拉伸切除】在【给定深度】下的【d1】输入160，此刻通气管部分就连通了，再把管体中突出的部分切除。选择设计树中的【基准面4】使其正视于，单击【草图】中的【圆】，画2个圆，点击【智能尺寸】并确定直径分别为120和220，单击【草图】中的【添加几何约束】在弹出的对话框中【同心】约束，单击平【特征】中的【拉伸切除】，单击右键选择【旋转视图】调整视野，在【拉伸】对话框中的【方向1】中的【长度】

54、后面输入500，单击【确定】得到图3-522。图3-5 管内未连通的整体模型最后把流通气体管道和主体管道之间接触的部分就行圆角过度。选择【特征】中的【圆角】，用鼠标单击通气管和主体管相连接的部分。在弹出的对话框中在【圆角项目】下的后面输入20，其他的部分默认，单击，圆角就生成了，另一个连接部分也用这用方法做，这样套管换热器的三维建模部分就完成了，见图3-6。图3-6 连通的换热器整体模型3.1.4 换热器盖体的建立打开界面后点击【文件】，选择【零件】后确定。选择前视基准面为作图基准面，单击草图绘制图标【圆】，绘制4个圆，再单击【智能尺寸】，把圆的直径设置为100。再单击特征中的【拉伸凸台】，在

55、弹出的对话框中方向1下的【d1】设置为20，这样4个换热器的盖体就建完了，如图3-7。图3-7 4个盖体模型3.2 换热器模型的装配3.2.1 装配体基本操作方法装配体的零部件可以包括独立的零件，也可以是其他的装配体。对于大多数的操作，两种零部件的行为方式是相同的。零部件被连接到装配体文件，装配体文件的扩展名为“.sldasm”。将一个零部件放入装配体中时，这个零部件文件会与装配体文件产生连接的关系。所以装配体文件不能单独存在，要和零部件一起存放才有意义，同时对零部件文件将进行的任何改变都会更新装配体23。装配的设计方法有两种；自上而下和自下而上设计法。1自上而下设计方法自上而下设计法从装配体

56、中开始设计工作，这是两种设计方法的不同之处。此种方法可以使用一个零件的几何来帮助定义另一个零件，或生成组装零件后才添加的加工特征。可以将布局草图作为设计的开端，定义固定的零件位置和基准面等，然后参考这些定义来设计零件。例如，可以将一个零件插入到装配体中，然后根据此零件生成一个夹具。使用自上而下设计法在关联中生成夹具，可参考模型的几何体，通过与原零件生成一个夹具。使用自上而下设计法在关联中生成夹具，可参考模型的几何体，通过与元零件建立几何关系来种植加护的尺寸。如果改变了零件的尺寸，夹具会自动更新。2自下而上设计方法自下而上设计法是比较传统的方法。在自下而上设计中先生成零件并将之插入装配体。然后根

57、据设计要求配合零件。当使用以前生成的不在线的零件时，自下而上的设计方案是首选的方法。自下而上设计法德另一个优点是因为零件时独立设计的，与自上而下设计法相比，他们的相互关系及重建行为更为简单。使用自下而上设计法可以专注于单个零件的设计工作。当不需要要建立控制零件大小和尺寸的参考关联时，则此方法较为适用24。3.2.2 换热器的装配单击【准备】工具栏上的【新建】按钮，弹出【新建solidworks文件】对话框，选择【装配体】图标，如图3-8。图3-8 进入装配体界面单击【确定】按钮，进入装配体窗口，单击【装配体】工具栏上的【插入零部件】按钮，或选择【插入】/【零部件】/【现有零件/装配体】命令，弹出【插入零部件】属性管理器。单击【浏览】选择“换热器主体.sldasm”和“盖体.sldasm”得到如图3-9。图3-9 装配过程最后用【移动零部件】和【旋转零部件】将换热器装配好，如图3-10，最后得到如图3-11图3-10 移动零部件插件和旋