第５４卷第５期２０１２年１０月
汽轮机技术
ＴＵＲＢＩＮＥＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
Ｖ０１．５４Ｎｏ．５
０ｃｔ．２０１２管壳式换热器壳侧气液两相流动和传热
的数值模拟研究
吕金丽，戈锐，李想，张玉宝
（哈尔滨工程大学机电工程学院，哈尔滨１５０００１）
摘要：采用数值模拟方法，使用ＦＬｕＥＮＴ对管壳式换热器壳侧的两相流动及相变传热进行了模拟计算。根据壳侧流体流动特点，选定合适的湍流模型、两相流模型为混合物模型，并根据汽水转化公式编写了自定义函数ｕＤＦ来描述相变过程质和量的传递。对管壳式换热器壳侧的流体介质换热发生相变并产生气液两相流动进行了三维的数值模拟研究。得到了管壳式换热器壳程的速度场、温度场、压力场及气液各相的分布情况，对壳侧气液两相流动及相变换热进行了分析。对具有相变情况下的管壳式换热器的结构设计起到参考指导作用。
关键词：管壳式换热器；两相流动；相变换热；数值模拟
分类号：ＴＫｌ７２文献标识码：Ａ文章编号：１００１—５８８４（２０１２）０５＿０３４５＿０３
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０前言
管壳式换热器广泛应用于电站、船舶、石油化工及制冷空调等领域的换热设备中。而管壳式换热器在这些领域工作过程中，往往存在着大量的相变换热及两相流动问题，对换热器本身的传热效率及使用寿命等有着至关重要的影响…。由于壳侧特殊复杂的物理结构，使得流体在流动过程中受到折流板或壳壁的挤压与碰撞，使得两相流动及换热情况变得更加复杂，并有着很大的不可预测性，给其研究带来了很大的困难。随着电子计算机技术的发展，越来越多的数值模拟技术应用于换热器的传热研究，比起实验研究的方法，数值模拟的方法更容易模拟较复杂或较理想的工况，通过分析软件可以得到流体的流动分布场，温度场及速度矢量场等，使得对换热器及其传热的研究更加清楚明了，且更加方便快捷。因此有效合理的利用数值模拟的研究，有助于推动换热器流动和传热研究的进一步发展怛Ｊ。
以往对换热器壳侧的研究主要集中在单相对流的研究＂“，，而对于存在相变换热情况下流体介质的两相流动及换热情况的研究较少，主要是以通过实验的方法测量部分参数再取其平均数的方法来估计流动规律，无法得到流场内部具体的流动和换热细节。本文针对管壳式换热器壳侧流动介质在流动过程中发生相变换热及两相流动，参考汽水转化公式¨１，利用ＦＬｕＥＮＴ软件的自定义函数（ｕＤＦ）功能编写了质量源与能量源的转化，耦合到流动方程中，研究分析了壳侧的速度场、温度场、压力场及相的体积分布参数。
ｌ物理模型及数值方法
１．１模型建立
收稿日期：２０１２＿０２－２５
基金项目：哈尔滨工程大学２０１１年研究生培养基金，经费项目代码为００２０７００１０６０９１ｌ。
作者简介：吕金丽（１９６５一），女，湖南宁乡，副教授，工学硕士，主要研究方向：机械ｃＡＤ／ｃＡＭ技术，流体流动数值模拟。万方数据