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管壳式换热器壳侧气液两相流动和传热的数值模拟研究一、本文概述本文旨在通过数值模拟的方法，深入研究管壳式换热器壳侧气液两相流动和传热的过程。
管壳式换热器作为一种常见的热交换设备，广泛应用于化工、能源、环保等多个领域。
在实际应用中，壳侧气液两相流动和传热过程的复杂性往往导致设计优化和运行控制的困难。
本文的研究对于提高管壳式换热器的性能，提升工业生产效率具有重要的理论和实践价值。
在数值模拟研究中，我们将首先建立管壳式换热器的数学模型，考虑壳侧气液两相流动的流动特性、传热过程、相间作用等因素，利用计算流体力学（CFD）等先进方法，进行求解和模拟。
通过对比实验结果，验证数学模型的准确性和可靠性。
在此基础上，我们将对管壳式换热器壳侧气液两相流动和传热过程进行深入分析，探讨不同操作条件、结构参数对流动和传热性能的影响，揭示其中的流动和传热机理。
同时，我们还将探索优化设计方案，提高换热器的传热效率和稳定性，为实际工业应用提供有益的参考和指导。
本文将通过数值模拟的方法，全面研究管壳式换热器壳侧气液两相流动和传热的过程，为换热器的设计优化和运行控制提供理论支持和实践指导。
二、管壳式换热器的结构与工作原理管壳式换热器是一种常见的热交换设备，广泛应用于化工、石油、能源、制冷等工业领域。
其基本结构由管束、壳体和管板等几部分组成。
管束由多根管子平行排列组成，管子内部为流体通道，用于传递热量。
壳体则包围在管束外部，形成一个封闭的空间，壳体内也有流体流动，与管内的流体进行热量交换。
管板则起到固定管束和密封的作用，同时也作为流体进出口的连接部分。
管壳式换热器的工作原理基于热传导和对流传热两种基本传热方式。
当两种不同温度的流体分别流过管内和管外时，由于温度差异，热量会从高温流体传递到低温流体。
管内流体通过对流传热将热量传递给管壁，然后通过热传导方式将热量传递给管外流体，最终实现两种流体之间的热量交换。
在管壳式换热器中，流体的流动状态对传热效果有重要影响。
基于SolidWorks的换热器换热效率模拟分析基于SolidWorks的换热器换热效率模拟分析摘要换热器是化工、炼油、动力、食品、轻工、原子能、制药、航空及其他许多工业部门广泛使用的一种通用工艺设备。
换热器不仅能够合理调节工艺介质的温度以满足工艺流程的需要，也是余热、废热回收利用的有效装置。
鉴于换热器在工业生产中的重要作用及其能耗较大的现状，改进和提高换热器的性能及传热效率成为节能降耗的重要途径，将产生重要的经济和社会效益。
目前，计算机仿真已经成为一种重要的科研方法，我们可以利用计算机仿真进行换热情况的研究。
本论文首先阐述了换热器的发展特点及国内外的研究情况，其次对流体力学分析从基本理论、处理问题的思路步骤和在软件SolidWorks中的应用进行了阐述，并通过SolidWorks对套管式进行三维建模，利用流体分析工具Flow Simulation插件对换热器进行动态分析。
从而得到分析数据，数据主要利用图例从对称边界条件、流体子区域、边界条件、固体材料、体积目标说明换热器的换热情况。
应用SolidWorks软件仿真可以降低研究成本，缩短产品的开发周期，提高工作效率。
本文通过对换热器的三维建模，有助于了解换热器的基本结构。
对换热器的运动仿真及应用Flow Simulation进行仿真的方法可以为换热器安全性和经济效率的后续研究提供了一些参考。
关键词：SolidWorks；Flow Simulation；换热器；三维建模；流体分析Analysis of heat exchanger efficiency based on the Solidworks flow simulationAbstractHeat exchanger is a universal process equipment of chemical, food, light industry and pharmacy, aerospace, nuclear and many other industrial departments. Heat exchanger not only can be reasonable adjustment process medium temperature to satisfy the need, but also can be process waste heat recovery and utilization device. Since heat exchanger in industrial production have the important role of the status of large energy consumption, improving the efficiency of heat exchanger performance and becoming the important way, energy consumption will produce an important economic and social benefits. At present, the computer simulation has become an important tool, we can use the computer simulation research of stamping safety.This paper elaborates the characteristics and development of heat exchanger and the research situation of physical analysis, secondly, the convection from basic theory, handling problems and application in software SolidWorks are expounded, and through three-dimensional type of casing SolidWorks modeling, Simulation of fluid Flow analysis tool for heat exchanger for dynamic analysis .To analyze data, using data from the symmetrical boundary conditions, and illustrations area, fluid boundary conditions, the solid material, the volume of the heat exchanger that goal.Application of SolidWorks software simulation studies to reduce costs, shorten product development cycles, improving work efficiency. Based on the three-dimensional modeling of the heat exchanger, heat exchanger can understand the basic structure of the heat exchanger . The motionsimulation of heat flow and application simulation method of simulation for safety and economic efficiency of heat exchanger follow-up study provides some reference.Key words：SolidWorks; Flow Simulation; heat exchanger; three-dimensional modeling；fluid analysis目录摘要 (I)Abstract .............................................................................................................. I I第1章绪论 (6)1.1 课题背景 (6)1.2 国内、外研究现状 (6)1.3 研究内容、目的及意义 (10)第2章建模仿真方法 (12)2.1 三维建模 (12)2.2 SolidWorks 软件简介 (13)系统简介 (13)系统要求 (14)2.3 Solidworks软件建模 (16)2.4 模拟仿真 (20)第3章换热器的建模 (22)3.1 换热器模型的建立 (22)模型的简化 (22)建模方案 (22)换热器主要零件模型的建立 (23)换热器盖体的建立 (26)3.2 换热器模型的装配 (27)装配体基本操作方法 (27)换热器的装配 (27)第4章应用Flow Simulation进行数值模拟及验证 (31)4.1 套管式换热器换热系数的计算公式 (31)4.2 创建Flow Simulation数值仿真项目 (31)创建项目 (31)定义流体子区域 (33)4.3 定义边界条件 (35)定义边界范围 (35)4.3.2 定义固体材料 (36)定义体积目标 (36)4.4 验证数据及观察图形 (37)运行计算 (37)观察目标 (37)创建切面云图 (38)显示流动迹线 (40)表面参数计算 (41)计算热交换系数 (43)定义参数显示范围 (44)结论 (46)致谢 (47)参考文献 (48)附录 (50)第1章绪论1.1课题背景换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的设备，又称热交换器。
基于FLUENT分析的管壳式换热器筒体腐蚀预测梁海明【摘要】换热器筒体腐蚀的影响因素众多,流体流速、温度、操作压力和介质成分等流体力学参数是影响换热器内腐蚀的关键因素。
现有的腐蚀检测方法难以全面考虑流体流速和温度等流体力学参数的影响,检测精度降低,对于缺陷的探测、描述、定位及确定缺陷大小的可靠性较差。
本文采用基于计算流体力学的数值模拟原理,利用有限体积法、RNG模型和壁面函数法,利用FLUENT软件对浮头管壳式换热器壳程流体的流动与传热进行了三维数值模拟,计算了管壳式换热器壳程的速度场、温度场和压力场,并在此基础上分析筒体的冲蚀规律。
%There are many factors affecting the corrosion of cylindrical shell of heat exchangers.The dynamic parameters such as fluid velocity,temperature,operating pressure are the most important factors.With the existing corrosion testing methods,it is difficult to fully consider the impact of fluid dynamic factors i.e.fluid velocity and temperature,etc.The testing accuracy is low.The reliabilities of defect detection,description,positioning and defect size determination are not stable and accurate.The flow and heat transfer of fluid in the shell side of floating-head shell-tube heat exchangers are simulated by 3-D numerical model with FLUENT saftware based upon fluid dynamics,limit volume method,RNG model and wall function method.The velocity field,temperature field and pressure field of shell-tube heat exchangers are calculated,and erosion corrosion is studied.【期刊名称】《石油化工腐蚀与防护》【年(卷),期】2012(029)003【总页数】6页(P46-51)【关键词】管壳式换热器;FLUENT;温度场;速度场;腐蚀【作者】梁海明【作者单位】中国石油化工股份有限公司茂名分公司,广东省茂名市525000【正文语种】中文【中图分类】TE986随着原油劣质化增加，设备腐蚀速率加剧。
生物质热风炉换热器传热数值模拟及优化摘要：在试验和测量的基础上，运用Catia对某生物质热风炉的换热器进行三维建模，运用Workbench中的Mesh模块对其进行网格划分，运用Fluent对热风炉换热器中空气流场和烟气流场进行数值模拟，得到空气和烟气的温度场、速度场等数据，并对计算结果进行分析讨论，提出改进措施，通过试验证明了数值模拟的准确性。
生物质热风炉作为一种节能、环保的加热取暖装置，已经得到越来越多的应用，可以在冬天用作取暖设备，也可以为粮食作物等烘干提供热源，还可以为温室大棚保温等。
生物质热风炉主要包括鼓风机、燃烧装置、换热器等，其中换热器是将热流体的部分热量传递给冷流体的装置，生物质热风炉的经济性、可靠性及使用性很大程度上受到换热器结构的影响。
由于换热器结构的复杂性，影响换热效率的因素众多，若仅仅依靠试验来优化换热器的结构以最大限度地提高其换热效率，那将是一个及其繁琐且冗长的过程。
随着计算机技术的发展和计算流体动力学(computational fluid dynamics，CFD)知识的不断完善，CFD软件的计算速度、稳定性、精确性已经达到了可以信赖的程度。
因此，对某生物质热风炉进行CFD分析，得出内部气流的温度场、速度场，然后对其进行评价、优化以提高换热效率，最后通过试验验证结构的合理性。
1仿真模型1.1物理模型的建立该热风炉的换热器为间壁式换热器，温度不同的两种流体在被非隔热壁面分开的空间中流动，通过壁面传热和流体在导热壁表面对流，实现两种流体之间的换热。
换热器一般有管壳式和套管式两类，这里模拟的是管壳式换热器。
物理模型是进行后续模拟的实体基础，合理的物理模型能够为后续网格划分及分析计算省去很多不必要的麻烦。
在三维软件Catia中建立的换热器物理模型如图1所示，换热器主要参数如表1所示。
换热器的下方即为燃烧室，秸秆等生物质燃料在其下方燃烧，产生烟气伴随着大量热量流进换热管(管程流体)，换热器上方(即烟气出口)装有引风机使生物质燃料烧得更旺，产生更多的热量。
管壳式换热器强化传热技术概述管壳式换热器是一种广泛应用于化工、石油、能源等领域的传热设备。
在传统的管壳式换热器中，传热效率往往受到传热面积、换热系数、导热系数等因素的限制。
为了提高传热效率，强化传热技术应运而生。
本文将介绍管壳式换热器强化传热技术的基本原理和应用。
管壳式换热器是一种广泛应用于化工、石油、能源等领域的传热设备。
它主要由壳体、传热管束、管板、折流板等组成。
在管壳式换热器中，两种不同的介质通过传热管束进行热量交换。
管束中的传热介质通过热对流和热传导两种方式将热量传递给管壁，管壁再将热量传递给另一种介质，从而实现两种介质之间的热量交换。
强化传热技术的原理主要包括：增加传热面积、提高换热系数、降低导热系数和增大比热容等。
这些因素共同影响着传热效率。
增加传热面积可以通过采用具有高导热系数的材料、增加传热管的数量或改变传热管的形状等方式实现。
提高换热系数可以通过改变流体的流动状态、减小流体的层流底层厚度、增加流体的湍流度等方式实现。
降低导热系数可以通过在管壁涂覆低导热系数的涂层、采用高导热系数的材料等方式实现。
增大比热容可以通过改变流体的流动速度、增加流体的浓度差等方式实现。
强化传热技术在管壳式换热器中的应用广泛，以下举几个例子：（1）蒸发：在蒸发过程中，强化传热技术可以有效地提高加热器的传热效率，减小能耗，降低生产成本。
例如，采用高频扰动技术可以增加液体的湍流度，减小传热膜系数，从而减少蒸发时间，提高蒸发效率。
（2）冷凝：在冷凝过程中，强化传热技术可以促进水蒸气与冷却水之间的热量交换，提高冷凝效率。
例如，采用细小肋片管可以增加传热面积，同时采用螺旋肋片管可以增加流体的扰动程度，减小传热膜系数，从而提高冷凝效率。
（3）受热面积增大：通过改变管束的排列方式或增加管束数量，可以增大管壳式换热器的受热面积。
采用多程管束可以增加壳程受热面积，同时采用小直径管束可以增加程数，从而进一步提高受热面积。
强化传热技术在管壳式换热器中具有广泛的应用前景，它可以有效地提高换热效率、减小能耗、降低生产成本，同时也可以延长设备的使用寿命。
用ANSYS和FLUENT进行管壳式换热器整体分析利用数值模拟计算软件进行管壳式换热器的流体力学和传热性能计算及评估已经成为开发和研究管壳式换热器的重要手段之一，由于结构和流道复杂，导致准确地进行换热器的流体力学性能和传热性能计算和评估有一定的困难。
而对换热器的结构性能进行准确分析一般都需要进行流固耦合模拟，如果要同时进行换热器的流体流动与传热和结构性能分析就更加困难。
般利用已知的平均温度或利用已知的换热（膜）系数对几何结构模型加载，而这些已知条件通常来源于手册提供的数据或者经验数据，并非来源于严格的换热器流体力学与传热工艺的数值计算，因此是产生结果计算偏差的主要原因之一。
目前文献对于给定工艺条件下管壳式换热器的整体温度场研究的并不多，由于准确的温度场是研究温差应力及其危害的前提，因此本文利用FLUENT 和ANSYS 软件对一台固定管板换热器的约束构件之间的整体结构在正常运行工况下的数值模拟问题进行了研究，首先从计算流体力学与传热的角度出发，利用FLUENT 软件进行换热器流体流动与传热的工艺状况数值模拟。
然后把FLUENT 软件的数值模拟结果导入ANSYS中作节点插值，完成温度场的重建，作为进行换热器的热分析以及结构分析的边界条件。
从而实现了管壳式换热器的FLUENT 和ANSYS 联合仿真模拟，综合整个过程可以很好地完成同一条件下换热器的流体力学与传热和结构性能分析，使得换热器的工艺性能计算与结构分析计算完整地结合在一起，计算精度更高。
1 CFD数值模拟本文研究的换热器结构示意如图1所示，在对实际结构进行合理简化的基础上，以影响流动和传热的主要结构建立了某固定管板式换热器温度场数值计算模型，采用分段模拟、整体综合的方法，利用FLUENT软件对该换热器在正常操作工况下的流动与传热情况进行数值模拟[8] ，得到计算流道上有关各个构件的壁温场分布。
图1 换热器结构示意图CFD模型正常工作状态下换热器的管程介质为饱和水蒸汽，蒸汽温度为110℃。
管壳式换热器流动及传热的数值模拟(最全)word资料1管壳式换热器流动及传热的数值模拟尤琳,山东豪迈化工技术摘要:本文以管壳式换热器为例, 辅以有限元软件进行流场模拟, 通过合理简化模型和设置合理的进出口边界条件, 对流体的流动和传热进行数值模拟, 得到相应的速度、压力、温度分布云图, 对管壳式换热器的设计和改进有一定的参考价值。
引言换热器是化工、炼油、动力、食品、轻工、原子能、制药、航空及其他许多工业部门广泛使用的一种通用工艺设备。
在化工厂中, 换热器的约占总的 10%~20%;在炼油厂中,该项约占总的 35%~40%。
换热器不仅能够合理调节工艺介质的温度以满足工艺流程的需要, 也是余热、废热回收利用的有效装置。
鉴于换热器在工业生产中的重要作用及其能耗较大的现状, 改进和提高换热器的性能及传热效率成为节能降耗的重要途径, 将产生重要的经济效益和社会效益。
1换热器介绍1.1换热器分类适用于不同介质、不同工况、不同温度、不同压力的换热器,结构形式也不同,按照传热原理分类,可分为:间壁式换热器、蓄热式换热器、流体连接间接式换热器、直接接触式换热器、复式换热器;按照用途分类,包括:加热器、预热器、过热器、蒸发器; 按照结构分, 可分为浮头式换热器、固定管板式换热器、U 形管板换热器、板式换热器等。
间壁式换热器举例蓄热式换热器举例直接接触式换热器举例1.2换热器研究及发展动向(1物性模拟研究换热器传热与流体流动计算的准确性, 取决于物性模拟的准确性。
因此, 物性模拟一直为传热界重点研究课题之一, 特别是两相流物性的模拟, 这恰恰是与实际工况差别的体现。
实验室模拟实际工况很复杂, 准确性主要体现与实际工况的差别。
纯组分介质的物性数据基本上准确, 但油气组成物的数据就与实际工况相差较大, 特别是带有固体颗粒的流体模拟更复杂。
为此, 要求物性模拟在试验手段上更加先进,测试的准确率更高。
从而使换热器计算更精确,材料更节省。
管壳式换热器壳程流体流动与换热的数值模拟
摘要：为了研究纵向多螺旋流管壳式换热器壳程流体湍流流动与换热的工作机理,文中利用FLUENT软件,在壳程流体流速设定值不断改变的情况下,对纵向多螺旋流管壳式换热器壳程湍流流动与换热进行了三维数值模拟。
得到了多螺旋流管壳式换热器在不同的壳程流体流速下的温度场、速度场、质点迹线图、壳程传热膜系数分布图等。
根据模拟得到的结果,从多个方面对纵向多螺旋流管壳式换热器壳程湍流流动与强化传热进行了探讨。
模拟结果与实验结果进行了比较,二者误差约在±11%以内,吻合良好。
关键词：螺旋扭片;纵向多螺旋流管壳式换热器;三维数值模拟
中图分类号：TK 124文献标识码：A文章编号：1005-9954(2009)09-0009-04
应用计算流体力学模拟管壳式换热器无相变壳程流场,最早是在1974年提出,但由于当时受到计算机与计算流体力学条件的限制,研究进展缓慢[1]。
20世纪80年代以来,换热器数值模拟研究才有了较快的开展。
对于国内外换热器数值模拟研究,采用二维研究的较多[2]。
三维研究方面, 国内外学者也做了很多工作,特别是对复杂结构的管壳式换热器换热性能数值模拟研究,国外较多学者采用复杂结构的换热管或者管程内插物来模拟研究其对流体流动与换热的影响,例如:螺旋槽管、波纹管、内插螺旋纽带等。
然而,国外和国内的学者很少有人用数值模拟的方法去研究插入物插入管壳式换热器壳程而不是管程时其对换热器综合换热性能的影响。
壳程换热管之间插入螺旋扭片,螺旋扭片的插入可以有效地改变壳程流体的流动形式,使壳程流体产生多股自螺旋流的复杂流动形态[3],有效提高换热管束壁面的流体速度,实现不同壳体半径处流体的充分混合,从而达到强化传热的目的。
本文利用FLUENT软件对这种新型纵向多螺旋流管壳式换热器的壳程湍流流动及换热进行了三维数值模拟,根据模拟结果并对这种利用螺旋扭片强化换热器壳程流体换热的机理进行了有益的探讨。
1模拟模型
模拟采用的换热器为单管程、单壳程和螺旋扭片结构。
换热器以正方形布管,图1为螺旋扭片的Pro/e三维立体示意图。
图2为换热管与螺旋扭片之间定位关系示意图。
由于纵向多螺旋流管壳式换热器的壳程结构比较复杂,采用四面体网格划分,管程采用六面体网格划分。
此模型中边界类型有4种:进口、出口、管壁和壳壁[4-5]。
模拟模型的数学形式建立时,主要考虑设置管程、壳程内流体满足控制守恒的连续性方程、质量方程、动量方程以及能量方程等。
因壳程流体处于湍流状态,进一步设置湍流k-ε模型。
相关设置完成后,进行了迭代计算,每次迭代210次左右时,计算收敛,进行其残差曲线的分析。
2数值模拟的结果分析及讨论
总共模拟了7组实验数据,模拟时壳程为热流体,进口温度为60℃,管程为冷流体,进口温度为20℃。
管程流体流量恒定为8 m3/h,壳程的流体流量开始为5 m3/h,然后以1 m3/h为梯度进行增加, 直到11m3/h。
以下是以壳程流体流量为9m3/h进行模拟时得到的模拟结果。
2.1温度矢量场图
图3为Z=600 mm处的径向截面的温度场局部分布图(图中纵坐标温度变化范围是290— 340 K)。
由图3可看出,从壳程到管程,其温度是依次降低的,存在着温度梯度。
管程温度变化规律是越靠近管壁温度越高。
仔细观察图3中的壳程流体可发现,由于螺旋扭片的插入,在壳程流体内部, 2 根平行插入的螺旋扭片之间也出现了温度梯度,这个温度梯度一直延续到与换热管壁接触处,其变化对换热的影响可从图中清晰地看到,这是普通光管管壳式换热器换热时所没有的。
2.2轴线截面流场
壳程流体速度矢量场图4中的纵坐标表示壳程流体速度大小,其变化范围是1.52E-02—5.4E+02m/s。
由图4可以看出,纵向多螺旋流管壳式换热器壳程流体由于受到螺旋扭片的扰流作用,掺混比较剧烈。
并且出现了很剧烈的附加螺旋流动[6],使边界层的分离作用增强,提高了壳程流体间的湍动程度,推动了管程和壳程之间的换热。
换热效率有较大提高,模拟结果很好地验证了实验研究得到的结论。
2.3轴线方向流体质点迹线图
图5为壳程流体沿轴线方向流动时流体质点的迹线图,图中纵坐标表示壳程流体质点速度变化范围是0—1.
19 E+03m/s。
由图5可以看出,流体在进行轴向流动的同时,也进行附加螺旋流动。
螺旋流动的形式和螺旋
扭片的螺旋结构很相似,这是由于螺旋扭片具有螺旋流导向作用,壳程流体沿着螺旋扭片的表面进行流动。
进一步研究发现,壳程流体并不是作为一个整体进行螺旋流动,而是分成不同的流束,分别沿着不同的螺旋扭片进行流动。
图6左、中、右3图分别为纵向多螺旋流管壳式换热器轴线方向Z在100, 600, 1 100mm处径向截面流体质点迹线图。
由图6可以看出,壳程流体总是在围绕着12根换热管并且在螺旋扭片的导流向作用下进行各自的纵向附加螺旋流动。
进一步分析可以看出,沿着轴线方向,流体质点的湍流程度是在不断加剧的。
2.4壳程流体沿轴线方向压降分布图
图7为纵向多螺旋流管壳式换热器壳程流体沿轴线方向压降分布图。
图中纵坐标表示压降, 其变化范围是200—1 200 Pa,横坐标表示换热器轴线位置在0—1 200 mm处。
由图7可以看出,壳程流体沿轴线方向的压降具有周期性,压降趋势线由12个小线段构成。
而螺旋扭片总长为1 200 mm,螺旋节距为100 mm,所以螺旋扭片的节距个数为12,二者吻合良好。
壳程流体沿轴线方向上的压降变化主要是由于扭片的螺旋性结构
引起流体的附加螺旋性流动所导致,附加螺旋流动使壳程流体沿螺旋扭片表面进行高速流动,流动方向不断改变,湍流强度加剧,边界层分离作用增强, 导致了轴线方向上的压降。
当以壳程流体流量为9 m3/h进行模拟时,模拟得到的壳程流体的压降约为750 Pa,实验研究时得到的压降为675 Pa,二者误差约为11%。
2.5传热膜系数分布图
图8为纵向多螺旋流管壳式换热器壳程传热膜系数分布图,纵坐标表示传热膜系数,变化范围是0—1.
35E+04W /(m2·K)。
由图8可看出,壳程传热膜系数分布是不均匀的,其平均值约为5 500 W /(m2·K)。
当壳程流体流量为9 m3/h时,实验得到的壳程流体传热膜系数为6 000W /(m2·K), 模拟结果比实验得到的结果约小9%。
3实验结果与模拟结果的比较
本文实验研究所采用的换热器与模拟研究所用的换热器尺寸参数相同,都是换热管长度为 1 200 mm,内径15 mm,壳体内径为109 mm的管壳式换热器。
实验采集的数据包括壳程流体流量、进出口压力、温度、管程流体流量、进出口温度等。
所采用的仪器有精度等级为±0. 2%温度传感器Pt100、压力传感器、流量传感器等。
图9为本文数值模拟和实验研究得到的壳程传热模系数h对比。
由图9可以看出,无论是实验还是模拟,得到的h都随着壳程雷诺数Re的增加而增加,且二者增加趋势一致。
并且,当R e相同时,实验值总是比模拟值要大。
壳程流体流量为11 m3/h,h差别最大,模拟得到的h要比实验值约小11%。
系统误差的产生主要是因为传感器的安装位置不当所引起。
传感器的探头都是安装在换热器壳程轴线附近,这样测得的数据具有片面性,比实际值偏大。
4结语
通过对纵向多螺旋流管壳式换热器的壳程流体湍流流动和换热的三维数值模拟,得到了壳程流体的温度矢量场、速度矢量场以及流体沿轴向流动的质点迹线等。
由模拟结果可以看出,由于螺旋扭片的插入,壳程流体流动的形式与螺旋扭片的螺旋结构很相似,是分成若干流束分别沿着各自螺旋扭片的导程进行螺旋流动。
由于螺旋扭片结构的周期性螺旋,靠近管壁面的流体产生了明显的周期性螺旋流动,加强了管束近壁面处流体的扰动,增大了热扩散率,推动了流体的混合。
并且,周期性的螺旋流动可以有效地减薄边界层,尤其是黏性底层的厚度,使传热增强,从而使壳程流体的传热膜系数有较大提高。
模拟结果表明,这种结构简单、拆卸方便的新型纵向多螺旋流管壳式换热器具有很多优点,应用前景广阔。
模拟结果与实验数值进行比较,二者误差在±11%以内,吻合较好,满足工程要求。
参考文献:
[1]PATANKAR S V, SPALDING D B. Heat exchanger design theory source
book[M]. New York: Mcgraw-hill Book Company, 1974.
[2]黄兴华.管壳式换热器壳侧单相和两相流动的数值模拟和实验研究[D].西安:西安交通大学, 1998.
[3]杨传健.纵向多螺旋流管壳式换热器的实验研究[D]. 广州:华南理工大学, 2007.
[4]刘利平,黄万年.FLUENT软件模拟管壳式换热器壳程三维流场[J].化工装备技术, 2006, 27(3): 54-57.
[5]韩占忠,王敬,兰小平. FLUENT流体工程仿真计算实例与应用[M].北京:北京理工大学出版社, 2004.
[6]崔海亭,彭培英.强化传热新技术及其应用[M].北京:化学工业出版社, 2006.。
