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(dòng)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(dòng)等優(yōu)點(diǎn)，在工程中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。
　　本文采用計(jì)算流體力學(xué)的方法對(duì)螺旋折流板換熱器殼程的流體流動(dòng)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(píng)價(jià)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(duì)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(shí)，30°下的綜合性能最優(yōu)，當(dāng)增大至1 kg/s時(shí)，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(duì)換熱器性能影響的研究結(jié)果表明，雙螺旋對(duì)流體的導(dǎo)流作用增強(qiáng)，大螺旋角（30°~40°）時(shí)，雙螺旋結(jié)構(gòu)不僅可以提高殼側(cè)的傳熱性能，

3、同時(shí)能提高換熱器的綜合性能。針對(duì)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(duì)冷凝過程進(jìn)行模擬的結(jié)果表明，流量較小時(shí)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(huì)更大。通過分析發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致上述預(yù)測(cè)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(duì)傳熱的強(qiáng)化作用，冷凝傳熱系數(shù)的預(yù)測(cè)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(cè)。
　　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(duì)冷凝器速度場(chǎng)和液相分布的影響。結(jié)果表明，流量較小時(shí)，液相會(huì)在冷凝器殼側(cè)底部聚集，導(dǎo)致該區(qū)域的速度較?。浑S著流量的增加，液相將隨氣相做螺旋狀流動(dòng)，聚集在冷凝器的殼程底部的液體逐漸向前移動(dòng)，并在冷凝器的出口附近匯集。
　　本文模擬結(jié)果可為螺