螺旋折流板換熱器殼程性能數(shù)值模擬研究.pdf

1、近幾年來，能源安全已經(jīng)成為關(guān)乎國家發(fā)展的不可忽視的問題。管殼式換熱器在整個化工領(lǐng)域都是不可或缺的大型通用設(shè)備，因此，最大限度的提高管殼式換熱器的換熱性能成為促進(jìn)節(jié)能減排的重要措施。這對于合理改善我國現(xiàn)有的能源結(jié)構(gòu)具有重要的意義。在現(xiàn)有的管殼式換熱器中，應(yīng)用最廣泛的要數(shù)傳統(tǒng)弓形折流板換熱器，這種結(jié)構(gòu)由于其結(jié)構(gòu)簡單，在實(shí)際工程應(yīng)用中易于制造且成本低廉，受到很多學(xué)者的青睞。但是傳統(tǒng)弓形支撐結(jié)構(gòu)可能會產(chǎn)生流動死區(qū)、壓降損失大、結(jié)垢等缺陷，在此基

2、礎(chǔ)上，通過合理改善換熱板片的支撐結(jié)構(gòu)，一種新型的螺旋折流板換熱器開始進(jìn)入更多研究者的視野。本課題綜合考慮三種不同支撐結(jié)構(gòu)的換熱器，對比分析換熱器殼程流體的換熱性能、阻力性能和綜合性能。具體研究分析如下：
　?。?）采用數(shù)值模擬的計算方法，建立不同支撐結(jié)構(gòu)下的計算模型，選取Realizable k-ε模型，采用二階迎風(fēng)格式計算流體的動量、湍動能和耗散率等。設(shè)置進(jìn)口為速度入口，出口為壓力出口，保持恒壁溫，不考慮任何滑移和導(dǎo)熱。

3、　?。?）分析對比傳統(tǒng)弓形折流板換熱器和螺旋角為5°和11°下連續(xù)螺旋折流板換熱器的殼程換熱和阻力性能。研究表明，在雷諾數(shù)2000-8000的范圍內(nèi)，5°角的連續(xù)螺旋折流板換熱器殼程流體比較均勻，不存在流動死區(qū)，整體無效壓降比較小，因此換熱器整體的綜合性能要優(yōu)于傳統(tǒng)弓形折流板換熱器；但是在11°角的連續(xù)螺旋折流板換熱器的綜合性能沒有弓形折流板換熱器的好。這說明，弓形和螺旋兩種換熱器結(jié)構(gòu)傳熱性能的優(yōu)劣和螺旋角具有一定的聯(lián)系。
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4、3）研究不同螺旋角度下連續(xù)螺旋折流板換熱器殼程流體換熱、壓降以及綜合性能隨雷諾數(shù)的變化情況。結(jié)果表明，連續(xù)螺旋折流板換熱器的換熱和阻力性能都隨著螺旋角的變大而減小，因此，在對壓降要求不嚴(yán)格的情況下，要優(yōu)先選取較小的螺旋角。
　　（4）對比分析三種較小的螺旋角度下，連續(xù)螺旋折流板換熱器和四分螺旋折流板換熱器殼程流體的換熱、壓降以及綜合性能隨雷諾數(shù)的變化情況。由于四分螺旋折流板結(jié)構(gòu)的不連續(xù)性導(dǎo)致?lián)Q熱器殼側(cè)流體流動會存在一定的漏流，整體