螺旋折流板管殼式換熱器的CFD模擬研究.pdf

1、與傳統(tǒng)的弓形折流板換熱器相比，螺旋折流板換熱器具有換熱效果好、流動死區(qū)少、殼側(cè)壓降低、不易結(jié)垢、管束不易發(fā)生誘導(dǎo)振動等優(yōu)點(diǎn)，在工程中的應(yīng)用越來越廣泛。
　　本文采用計(jì)算流體力學(xué)的方法對螺旋折流板換熱器殼程的流體流動與傳熱過程進(jìn)行了模擬研究，并以單位壓降傳熱系數(shù)作為評價換熱器綜合性能的參數(shù)。結(jié)果表明，螺旋折流板換熱器的單位壓降傳熱系數(shù)是弓形折流板換熱器的1.3~1.5倍。折流板形狀和螺旋角度是影響螺旋折流板換熱器性能的關(guān)鍵參數(shù)。在研

2、究的螺旋角范圍內(nèi)（10°-40°），1/4扇形折流板換熱器的單位壓降傳熱系數(shù)最高。螺旋角度對單位壓降傳熱系數(shù)影響的研究結(jié)果表明，最佳螺旋角度應(yīng)與流體流量相適應(yīng)，流量較?。?.6~1 kg/s）時，30°下的綜合性能最優(yōu)，當(dāng)增大至1 kg/s時，20°與30°螺旋角的綜合性能均最優(yōu)。
　　雙螺旋與單螺旋結(jié)構(gòu)對換熱器性能影響的研究結(jié)果表明，雙螺旋對流體的導(dǎo)流作用增強(qiáng)，大螺旋角（30°~40°）時，雙螺旋結(jié)構(gòu)不僅可以提高殼側(cè)的傳熱性能，

3、同時能提高換熱器的綜合性能。針對螺旋折流板換熱器內(nèi)存在的三角漏流區(qū)問題，提出了在雙螺旋結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上增設(shè)一組菱形折流板的新型折流板形式，模擬結(jié)果表明，該結(jié)構(gòu)可以完全避免換熱器內(nèi)部流體短路現(xiàn)象。該新型結(jié)構(gòu)易于加工制造，便于工程實(shí)施。
　　采用Lee模型對冷凝過程進(jìn)行模擬的結(jié)果表明，流量較小時冷凝量相比理論計(jì)算值的計(jì)算結(jié)果低約20％，隨著流量增大，偏差會更大。通過分析發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致上述預(yù)測失真的主要原因是CFD在冷凝管壁面處不能考慮冷凝過程

4、對傳熱的強(qiáng)化作用，冷凝傳熱系數(shù)的預(yù)測值與單相傳熱過程的結(jié)果接近。這就限制了傳熱過程的熱通量，進(jìn)而影響到冷凝量的預(yù)測。
　　本文提出了Fluent與HTRI相結(jié)合的自定義方法研究了不同入口流量對冷凝器速度場和液相分布的影響。結(jié)果表明，流量較小時，液相會在冷凝器殼側(cè)底部聚集，導(dǎo)致該區(qū)域的速度較小；隨著流量的增加，液相將隨氣相做螺旋狀流動，聚集在冷凝器的殼程底部的液體逐漸向前移動，并在冷凝器的出口附近匯集。
　　本文模擬結(jié)果可為螺