螺旋折流板換熱器強化傳熱性能研究及新型折流板結構優(yōu)化.pdf

1、作為諸多工業(yè)過程中廣泛應用的通用設備，管殼式換熱器強化傳熱性能的研究對促進能源、資源利用的最大化，進而達到節(jié)能減排的目的具有重要意義。螺旋折流板結構的提出，有效的解決了傳統(tǒng)弓形折流板換熱器殼程流動存在流動死區(qū)、流阻大、易結垢和振動等缺點，受到廣泛關注。本文以換熱器強化傳熱研究技術為背景，采用數(shù)值研究的方法，殼程介質為常物性液態(tài)水，對比分析了不同管束支撐結構下及不同螺旋折流板結構下?lián)Q熱器的流動和傳熱性能，總結螺旋折流板換熱器強化傳熱機理。

2、創(chuàng)新的提出多種螺旋折流板優(yōu)化結構，強化換熱器傳熱。本文的主要內容及研究成果如下：
　　(1)通過對比分析和實驗驗證，確定了換熱器的數(shù)值計算模型。換熱器強化傳熱研究中，湍流模型采用Realizable k-ε方程模型，壓力和速度耦合采用SIMPLE算法，動量、能量、湍動能和湍流耗散率離散采用二階迎風格式。邊界條件為速度進口、壓力出口、換熱管束壁面溫度設置為恒壁溫。
　　(2)定量的對比分析了不同管束支撐結構下?lián)Q熱器殼程傳熱系數(shù)

3、、壓降和綜合性能。殼程雷諾數(shù)在2200~6200范圍內，桿式支撐和片式支撐結構換熱器其殼程傳熱性能和綜合性能均明顯小于弓形折流板和四分螺旋折流板換熱器。同弓形折流板換熱器相比，四分螺旋折流板換熱器殼程流動較為均勻，殼程流體充分發(fā)展段壓力損失表現(xiàn)為沿程損失。弓形折流板換熱器殼程溫度、速度、壓力分布均表現(xiàn)出明顯的不連續(xù)性，殼程流體充分發(fā)展段壓力損失表現(xiàn)為沿程損失和局部損失。
　　(3)對比分析了不同螺旋折流板結構下?lián)Q熱器殼程性能。三分

4、螺旋折流板換熱器殼程傳熱系數(shù)和殼程綜合性能均明顯低于連續(xù)螺旋折流板和四分螺旋折流板換熱器。同連續(xù)螺旋折流板換熱器相比，四分螺旋折流板換熱器殼程流動狀態(tài)較為復雜，除螺旋流動外，還摻雜有明顯的局部斜向流動。連續(xù)螺旋折流板換熱器殼程流體流動速度場和溫度場的協(xié)同性較好，性能優(yōu)于四分螺旋折流板換熱器。
　　(4)分析了阻流板及阻流板長度對四分螺旋折流板換熱器性能的影響。增加阻流板后，換熱器殼程傳熱性能和綜合性能均增大。換熱器殼程傳熱系數(shù)和殼

5、程壓降均隨阻流板長度的增加而增加，折流板螺旋角為15o，當阻流板長度增加到7r/9時，其殼程傳熱性能基本同阻流板完全堵住三角區(qū)時相同，換熱器綜合性能最優(yōu)。阻流板長度為7r/9時，四分螺旋折流板換熱器殼程傳熱系數(shù)、壓降、綜合性能較常規(guī)螺旋折流板換熱器分別增加8.82％~9.61%、8.60%~9.02%、3.44%~5.33%。
　　(5)搭接結構能夠明顯改善換熱器性能，搭接折流板結構下，搭接量為1/4時換熱器綜合性能達到最大。