基于CFD模擬的換熱器傳熱性能分析與優(yōu)化選型.pdf

1、換熱器是過程工業(yè)中應(yīng)用非常廣泛的傳熱設(shè)備，其傳熱性能及效率對(duì)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益有重要影響。在換熱器的選型和設(shè)計(jì)中，傳統(tǒng)的基于實(shí)驗(yàn)和流程尺度模擬計(jì)算的方法難以取得內(nèi)部流動(dòng)的詳細(xì)信息，所以利用先進(jìn)的CFD技術(shù)實(shí)現(xiàn)換熱器的優(yōu)化設(shè)計(jì)已成為學(xué)術(shù)界和工業(yè)界普遍關(guān)注的問題。本文針對(duì)工業(yè)環(huán)路反應(yīng)裝置中換熱器的改進(jìn)設(shè)計(jì)問題，開展了基于CFD模擬的換熱器傳熱性能及優(yōu)化的研究工作，目的是通過建立換熱器的管程和殼程的三維模型，獲得換熱器管程和殼程內(nèi)部詳細(xì)流場(chǎng)信息，

2、取得不同結(jié)構(gòu)和操作條件對(duì)換熱器性能的影響規(guī)律，實(shí)現(xiàn)換熱設(shè)備的優(yōu)化選型和設(shè)計(jì)。本文研究采用的方法及取得的數(shù)據(jù)將為換熱器的結(jié)構(gòu)優(yōu)化及工程放大提供理論依據(jù)和模型支持。
　?。?）對(duì)管殼式換熱器管程進(jìn)行了CFD模擬。建立了不同類型的強(qiáng)化傳熱管的三維模型，取得了內(nèi)部流動(dòng)和傳熱信息，分析了換熱管性能的影響因素。結(jié)果表明，螺旋扭曲扁管和內(nèi)置扭帶換熱管的綜合性能評(píng)價(jià)因子η值大于1，強(qiáng)化傳熱效果較好，尤其適用于高粘度流體。通過考察幾何結(jié)構(gòu)對(duì)換熱管傳

3、熱性能的影響，得到不同類型換熱管的最優(yōu)結(jié)構(gòu)：扁管扁度A/B≤2.6，螺旋扭曲扁管扭曲程度S/de為6~22、扁度A/B為2~2.6，內(nèi)置扭帶換熱管扭帶扭率Y=2、余隙率ξ=0.1。
　?。?）取三種不同類型的管殼式換熱器殼程進(jìn)行了CFD模擬。結(jié)果表明，對(duì)于弓形折流板圓管換熱器殼程流動(dòng)，流體流動(dòng)呈“Z”字形，存在流動(dòng)和傳熱死區(qū)；折流板排列和結(jié)構(gòu)對(duì)其傳熱和流阻特性有重要影響，在入口流速為1m/s的工況下，折流板數(shù)目為8，圓缺高度為0.

4、4倍的殼體直徑時(shí)，換熱器綜合性能最佳；弓形折流板扁管換熱器殼程流動(dòng)，與弓形折流板圓管換熱器相比，流動(dòng)方式兩者類似，但是在滯留區(qū)，后者漩渦流速相對(duì)較快，出口溫度也較前者高；對(duì)于自支撐型螺旋扭曲扁管換熱器，殼程流體速度和溫度分布比較均勻，不存在流動(dòng)和傳熱死區(qū)，流體沿管束螺旋流動(dòng)，為典型的縱向流動(dòng)。
　　對(duì)比分析了三種換熱器在不同工況下殼程傳熱和流阻特性。結(jié)果表明，壓降和傳熱系數(shù)都隨Re的增大而增大，但在相同Re下，螺旋扭曲扁管換熱器的