板式换热器作为一种通用的工业设备,因其传热系数高、结构紧凑、易拆洗等优点在化学、化工、制冷、食品、制药等多个工业领域中被广泛地运用。然而,板式换热器的流道形状复杂,叠放方式多种多样,长期以来,对其研究只停留在实验和经验基础上,缺乏预见性;其次,板式换热器的板体、横梁及螺栓的强度直接影响换热器的工作范围和使用寿命。因此,利用计算机软件分析板式换热器流道内流体的流动与传热状况以及整体结构的强度是一种节约成本,提高效率的有效途径。本文以某公司板式换热器DN32系列作为研究对象,借助流体力学分析软件Fluent和结构分析软件Ansys对板式换热器进行了流动与传热分析以及整体结构分析,并且在Isight集成平台下对整体进行了优化设计。本论文的主要研究内容有:(1)基于板式换热器流动与传热的机理,通过UG构建板式换热器冷热双流道计算模型,并进行网格划分,以Fluent为平台,选取标准k-ε湍流模型和SIMPLE算法对冷热双流道进行了三维数值模拟,分析得到了冷热双流道的温度场分布、压力场分布以及速度场分布,同时将数值计算结果与实际情况做对比,验证了计算的准确性。此外,本文还研究了不同流体速度对板式换热器流道换热能力与压降的影响,为选择最优流体速度提供了参考。(2)在螺栓预紧力作用和流体作用力下,对板式换热器整体结构进行了有限元分析,分析得出整体结构和各组件的变形情况以及等效应力分布情况,得到板式换热器受力的普遍规律,为板式换热器的结构开发和优化设计提供了参考依据。(3)为了获得改良的板式换热器结构,在Fluent和有限元分析的基础上结合多学科集成优化平台Isight对整体结构进行了优化设计研究。通过编制一系列命令流文件和批处理文件自动驱动结构模型的装配、网格的划分、数值分析以及显示结果,并结合NLPQL梯度优化算法,在满足性能约束和尺寸约束的前提下得到整体结构的最优解,对整体结构的优化设计具有较高的指导意义。