管殼式換熱器數(shù)值模擬與斜向流換熱器研究.pdf

1、高效節(jié)能過(guò)程裝備的研究開(kāi)發(fā)是當(dāng)今工程節(jié)能的重要手段。換熱器是化工、煉油、動(dòng)力、食品、輕工、原子能、制藥、航空及其他許多工業(yè)部門(mén)廣泛使用的一種通用工藝設(shè)備。管殼式換熱器由于結(jié)構(gòu)可靠、技術(shù)成熟、適用面廣，是目前國(guó)內(nèi)外換熱設(shè)備的主要結(jié)構(gòu)形式。隨著對(duì)換熱器強(qiáng)化傳熱技術(shù)和現(xiàn)代設(shè)計(jì)研究方法的長(zhǎng)足進(jìn)步，管殼式換熱器不斷獲得改進(jìn)和發(fā)展。本文采用理論分析、數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究相結(jié)合的方式，進(jìn)行了管殼式換熱器殼程強(qiáng)化傳熱研究，在以下幾個(gè)方面開(kāi)展了研究和創(chuàng)新性

2、工作： l、研究了三角形、菱形等異型截面折流桿對(duì)殼程流體的強(qiáng)化傳熱性能，發(fā)現(xiàn)了折流桿截面形狀的變化對(duì)流體流動(dòng)和傳熱性能的影響規(guī)律，為折流桿換熱器的升級(jí)換代提供了更多可供選擇的結(jié)構(gòu)形式。 2、在深入研究管殼式換熱器殼程結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及流體流動(dòng)和傳熱規(guī)律的基礎(chǔ)上，相對(duì)于殼程流體橫向流、縱向流和螺旋流的流動(dòng)狀態(tài)，首次提出了殼程流體“斜向流”的概念。該流動(dòng)狀態(tài)的作用效果是，將殼程橫向流換熱器殼程主流區(qū)的橫向流動(dòng)分散為多股受迫傾斜流動(dòng)，

3、將其流動(dòng)和傳熱死區(qū)予以分散并憑借特殊管束支撐結(jié)構(gòu)予以部分消除，避免了流體因受橫向阻擋產(chǎn)生的速度劇烈變化和動(dòng)能損失，同時(shí)還有效利用了橫向流對(duì)換熱管更為強(qiáng)烈的沖刷作用引起強(qiáng)化傳熱效果；其總體上的縱向流動(dòng)趨勢(shì)，在一定程度上繼承了殼程縱向流換熱器抗振性能好、除垢防垢效果強(qiáng)、綜合性能優(yōu)等優(yōu)點(diǎn)。這種流動(dòng)狀態(tài)，使得管殼式換熱器將折流板換熱器和折流桿換熱器的各自獨(dú)特性能相結(jié)合，兼?zhèn)淞藱M向流和縱向流換熱器的雙重優(yōu)勢(shì)。 3、在上述殼程流體“斜向流”

4、狀態(tài)理念的指導(dǎo)下，首次研制開(kāi)發(fā)了新型高效節(jié)能管殼式換熱器一簾式折流片換熱器，改進(jìn)和發(fā)展了換熱器殼程的結(jié)構(gòu)形式，實(shí)現(xiàn)了殼程流體的斜向流動(dòng)。數(shù)值模擬和對(duì)比實(shí)驗(yàn)研究表明，簾式折流片換熱器可明顯減弱或消除殼程流體流動(dòng)和傳熱死區(qū)，進(jìn)一步有效利用傳熱面積，有助于降低殼程流體的壓力損失；將換熱器場(chǎng)協(xié)同原理引入到簾式折流片換熱器的強(qiáng)化傳熱研究中，結(jié)果表明簾式折流片換熱器具有良好的速度場(chǎng)和溫度梯度場(chǎng)的協(xié)同性能，強(qiáng)化傳熱效果顯著。研究和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，簾式折

5、流片換熱器的研究具有較高的理論和工程應(yīng)用價(jià)值?？疾炝私Y(jié)構(gòu)和操作參數(shù)對(duì)簾式折流片換熱器傳熱與流阻性能的影響，推導(dǎo)了其殼程傳熱系數(shù)準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式和流體阻力降準(zhǔn)數(shù)關(guān)聯(lián)式，為簾式折流片換熱器的工程設(shè)計(jì)和推廣應(yīng)用提供了參考依據(jù)。 4、根據(jù)管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，采用基于管殼式換熱器真實(shí)三維實(shí)體模型的幾何建模方案，首次提出了一種數(shù)值模擬管殼式換熱器殼程流體流動(dòng)和傳熱的三維建模方法一“管殼式換熱器周期性全截面計(jì)算模型”，實(shí)現(xiàn)了具有復(fù)雜殼程結(jié)構(gòu)的管

6、殼式換熱器的數(shù)值模擬。模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合良好，從而克服了現(xiàn)有數(shù)值模擬建模方式的不足，為再現(xiàn)和模擬管殼式換熱器殼程的真實(shí)流動(dòng)狀況，以及分析各種構(gòu)件對(duì)殼程流體流動(dòng)和傳熱性能的影響提供了理論基礎(chǔ)；為以宏觀和細(xì)觀角度相結(jié)合研究管殼式換熱器殼程流動(dòng)和傳熱，尤其是發(fā)現(xiàn)和解決管殼式換熱器中與局部位置流動(dòng)與傳熱細(xì)節(jié)相關(guān)的深層次問(wèn)題提供了良好的輔助手段。 5、基于管殼式換熱器周期性全截面計(jì)算模型，在綜合考慮殼程縱向流換熱器殼程流體流動(dòng)與傳熱的