弓形折流板換熱器殼程流體流動與傳熱的數(shù)值模擬.pdf

1、換熱器廣泛應(yīng)用于化工、石油、電力、動力、能源、動力機(jī)械等眾多工業(yè)領(lǐng)域。換熱器工作性能的好壞對于這些行業(yè)的生產(chǎn)效率、經(jīng)濟(jì)效益有著十分重要的影響。由于換熱器幾何結(jié)構(gòu)、內(nèi)部流動和換熱過程復(fù)雜，數(shù)值模擬的方法已經(jīng)成為研究換熱器內(nèi)部流動和傳熱特性的重要手段之一。本文以常用的管殼式換熱器(弓形折流板換熱器)作為重點(diǎn)研究對象，在改變折流板結(jié)構(gòu)的情況下，對管殼式換熱器殼程流動和換熱進(jìn)行了三維數(shù)值模擬。
　　 本文通過對復(fù)雜物理模型的簡化，采用計

2、算流體力學(xué)軟件FLUENT所提供的標(biāo)準(zhǔn)K-ε兩方程模型作為計算模型，應(yīng)用壓力修正的SIMPLE算法進(jìn)行求解。
　　 換熱器內(nèi)部的熱交換是一個管內(nèi)外流體借助換熱管壁相互作用的復(fù)雜過程，為了避免采用定壁溫假設(shè)的方法對管內(nèi)傳熱的影響的忽視，在研究殼程流動與換熱的計算中，同時考慮了管程流體流動和換熱對殼程的影響。在不同管程工況下，使用管程流體與殼程流體耦合計算的方法進(jìn)行模擬計算。并且與僅考慮殼側(cè)流體流動與傳熱的定壁溫假設(shè)計算方法進(jìn)行對比

3、。發(fā)現(xiàn)兩種計算的結(jié)果存在較大差異。而且這種差異隨著管程流體流量的增加會慢慢減小。與傳熱學(xué)基礎(chǔ)理論和實(shí)際情況吻合較好。雖然由于考慮了管內(nèi)流動可能使管內(nèi)傳熱的計算結(jié)果與實(shí)際換熱情況出現(xiàn)偏差，對以上兩種計算方法的比較產(chǎn)生影響，但是能夠揭示這兩種方法的差異和計算結(jié)果隨流體工況的變化情況。通過比較，本論文認(rèn)為：同時考慮殼側(cè)和管側(cè)流動與傳熱的計算方法，更有助于揭示換熱器局部溫度場變化的實(shí)際情況。因此本文后面幾章的模擬就算均采取關(guān)內(nèi)外流體耦合計算的方

4、法進(jìn)行。
　　 本文模擬研究的重點(diǎn)在折流板結(jié)構(gòu)變化對換熱器流動與換熱影響。在相同換熱器外部尺寸條件下，通過折流板數(shù)量和高度的變化來進(jìn)行分析。得到了不同工況下，幾種換熱器結(jié)構(gòu)的殼側(cè)流體溫度場、壓力場。并且得出殼程進(jìn)出口溫度、壓降、以及管程流體進(jìn)出口溫差、換熱系數(shù)隨殼側(cè)流量變化的特性曲線。
　　 在評價換熱器性能的指標(biāo)中，h/△P指標(biāo)是常用的一種方法，本文通過幾種工況下，不同折流板結(jié)構(gòu)的h/△P值的對比，得出換熱器性能指數(shù)隨