折流桿列管式反應(yīng)器殼程流體流動與傳熱的CFD模擬研究.pdf

1、列管式反應(yīng)器（MTR）是化工裝置中的重要設(shè)備，廣泛應(yīng)用于強(qiáng)放熱催化工藝中。折流桿MTR相對于傳統(tǒng)的折流板MTR具有優(yōu)良的防振性能，同時還有壓降低、死區(qū)面積小以及抗結(jié)垢性能好等優(yōu)點(diǎn)。本文根據(jù)折流桿MTR的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與流動特點(diǎn)，采用周期性單元流道模型以及進(jìn)口段全截面模型，對折流桿MTR殼程中的流體流動與傳熱過程進(jìn)行了CFD的模擬研究。
　　本文采用周期性單元流道模型考察了不同的折流桿形狀、折流桿排布方式、折流桿軸向間距對折流桿MTR性能

2、的影響。模擬結(jié)果表明，折流桿能對流體流動產(chǎn)生明顯的擾動作用。不同結(jié)構(gòu)的壓降與平均傳熱膜系數(shù)從大到小的順序依次為：雙向支撐方桿>單向支撐方桿>雙向支撐圓桿>單向支撐圓桿。雙向支撐方桿模型的壓降最大；單向支撐圓桿模型的平均傳熱膜系數(shù)最小；雙向支撐圓桿模型壓降接近于單向支撐方桿模型，平均傳熱膜系數(shù)卻僅接近于單向支撐圓桿模型。綜上，只有單向支撐方桿模型在壓降、平均傳熱膜系數(shù)、折流桿用量三者之間取得了較好的平衡，為最優(yōu)結(jié)構(gòu)。另一方面，折流桿軸向間

3、距不宜小于100 mm，否則壓降會大幅增大，推薦采用100~150 mm的折流桿軸向間距。
　　由于軸向流動主導(dǎo)了折流桿MTR的殼程流動，如何實現(xiàn)流體在徑向上均勻分布對折流桿MTR而言是個難題。本文建立進(jìn)口段全截面模型，對進(jìn)口段的流體流動與傳熱過程進(jìn)行模擬研究。結(jié)果表明，沒有支撐構(gòu)件的大型MTR內(nèi)部存在極其嚴(yán)重的徑向分布不均勻問題，大部分區(qū)域為死區(qū)，加裝數(shù)組折流柵后，死區(qū)面積逐漸減小，但流動與傳熱的徑向分布仍很不均勻。去掉入口正前

4、方的部分反應(yīng)管，在適當(dāng)位置開設(shè)入射通道，能有效引導(dǎo)流體流動到反應(yīng)器殼程內(nèi)部，實現(xiàn)流體在反應(yīng)器內(nèi)的均布，極大地提高反應(yīng)器流動與傳熱均勻性。入射通道中的長條形擋板以及折流圈，尤其是鋸齒形折流圈，能有效阻擋流體的短路行為。第一組折流柵、殼程入口到管板的距離均不能設(shè)置得離管板過近，否則不利于流動與傳熱徑向均勻性的提高。將第一、第二組折流柵疊合布置也會降低流動與傳熱的徑向均勻性，不宜采用。由于折流桿對流體的擾動程度較低，折流桿MTR的平均傳熱膜系