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)能過程裝備的研究開發(fā)是當(dāng)今工程節(jié)能的重要手段。換熱器是化工、煉油、動力、食品、輕工、原子能、制藥、航空及其他許多工業(yè)部門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，是目前國內(nèi)外換熱設(shè)備的主要結(jié)構(gòu)形式。隨著對換熱器強化傳熱技術(shù)和現(xiàn)代設(shè)計研究方法的長足進(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)值模擬和實驗研究相結(jié)合的方式，進(jìn)行了管殼式換熱器殼程強化傳熱研究，在以下幾個方面開展了研究和創(chuàng)新性

2、工作： l、研究了三角形、菱形等異型截面折流桿對殼程流體的強化傳熱性能，發(fā)現(xiàn)了折流桿截面形狀的變化對流體流動和傳熱性能的影響規(guī)律，為折流桿換熱器的升級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)特點及流體流動和傳熱規(guī)律的基礎(chǔ)上，相對于殼程流體橫向流、縱向流和螺旋流的流動狀態(tài)，首次提出了殼程流體“斜向流”的概念。該流動狀態(tài)的作用效果是，將殼程橫向流換熱器殼程主流區(qū)的橫向流動分散為多股受迫傾斜流動，

3、將其流動和傳熱死區(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能損失，同時還有效利用了橫向流對換熱管更為強烈的沖刷作用引起強化傳熱效果；其總體上的縱向流動趨勢，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、綜合性能優(yōu)等優(yōu)點。這種流動狀態(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。 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，實現(xiàn)了殼程流體的斜向流動。數(shù)值模擬和對比實驗研究表明，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；將換熱器場協(xié)同原理引入到簾式折流片換熱器的強化傳熱研究中，結(jié)果表明簾式折流片換熱器具有良好的速度場和溫度梯度場的協(xié)同性能，強化傳熱效果顯著。研究和實驗結(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)用價值。考察了結(jié)構(gòu)和操作參數(shù)對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，采用基于管殼式換熱器真實三維實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和傳熱的三維建模方法一“管殼式換熱器周期性全截面計算模型”，實現(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)果與實驗數(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流動狀況，以及分析各種構(gòu)件對殼程流體流動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與傳熱細(xì)節(jié)相關(guān)的深層次問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算模型，在綜合考慮殼程縱向流換熱器殼程流體流動與傳熱的