周向重疊三分螺旋折流板換熱器的性能研究.pdf

1、周向重疊三分螺旋折流板換熱器是在1/4螺旋折流板換熱器基礎(chǔ)上提出的改進(jìn)方案,同時(shí)具有防短路和適合于正三角形排列布管的優(yōu)點(diǎn)。本文采用試驗(yàn)研究和數(shù)值模擬的方法研究了不同傾斜角對(duì)周向重疊三分螺旋折流板換熱器殼側(cè)傳熱及壓降性能的影響。
　　 本文建立了周向重疊三分螺旋折流板換熱器殼側(cè)流動(dòng)和傳熱的數(shù)學(xué)模型,并利用CFD進(jìn)行數(shù)值模擬研究,分析了螺旋折流板構(gòu)件對(duì)殼程流體流動(dòng)和傳熱性能的影響。除了采用縱向切面和橫切面外,本文還通過圍繞換熱器中心

2、線的管束間隙處用四層同心六邊形縱向展開切面,以及換熱器中部一組平行于其中一塊折流板的斜切面展示流場(chǎng)等細(xì)節(jié)。模擬結(jié)果表明,殼側(cè)整體流線分布呈現(xiàn)近似螺旋流動(dòng),在螺旋折流板通道內(nèi)幾乎沒有流動(dòng)死區(qū)。文中對(duì)傾斜角20°周向重疊三分螺旋折流板換熱器殼側(cè)流體的流動(dòng)、壓降和傳熱規(guī)律進(jìn)行了重點(diǎn)分析,模擬結(jié)果較直觀地顯示了殼側(cè)流場(chǎng)、壓力場(chǎng)和溫度場(chǎng)等分布,較好地反映了換熱器殼側(cè)換熱系數(shù)和殼側(cè)壓降的變化趨勢(shì),有助于加深對(duì)螺旋折流板強(qiáng)化殼側(cè)換熱的機(jī)理的理解,較清

3、楚地揭示了在周向重疊的相鄰折流板連接處“V”型缺口處依然存在著“逆向泄漏”現(xiàn)象。但總體上周向重疊三分螺旋折流板方案在相鄰折流板重疊處的一排管子起到了有利于抑制逆向漏流的阻尼作用。另外,通過在橫截面上將速度矢量與壓力場(chǎng)云圖重疊顯示,比較清楚地顯示了在螺旋折流板通道內(nèi)離心力引起的離心流和徑向壓差引起的向心流所形成的“二次流”漩渦,這種二次流有揉面團(tuán)作用,不僅增強(qiáng)了對(duì)換熱管的沖刷效果,而且增強(qiáng)了中心區(qū)和外圍,主流區(qū)和靠近壁面流體的摻混,有利于

4、換熱器的強(qiáng)化傳熱。
　　 采用公用的換熱器殼體和可更換管芯的結(jié)構(gòu),分別對(duì)傾斜角為20°、24°、28°、32°的單頭螺旋折流板、32°雙頭螺旋折流板和弓形折流板換熱器進(jìn)行了性能試驗(yàn)研究,從總傳熱系數(shù)、殼側(cè)換熱系數(shù)、殼程阻力隨殼側(cè)流量的變化,殼側(cè)換熱系數(shù)對(duì)應(yīng)殼程阻力的綜合性能等方面考察了傾斜角對(duì)周向重疊三分螺旋折流板換熱器的殼側(cè)傳熱及壓降性能的影響。試驗(yàn)驗(yàn)證了三分螺旋折流板換熱器比弓形折流板換熱器具有較好的強(qiáng)化傳熱效果;且在試驗(yàn)范