螺旋板式换热器三维数值模拟

船用螺旋隔板换热器的实验与数值模拟刘晓红;徐涛【摘要】以螺旋隔板换热器作船用润滑油冷却器,冷却水和润滑油分别在管程和壳程呈逆流流动,对船用螺旋隔板三维翅片管换热器的传热与压降性能进行了实验研究,结果表明在壳程雷诺数相同条件下,三维翅片管的壳程努塞尔特准数是光滑管的2.1～2.8倍,而压降约为光滑管的2.2倍.同时,利用Fluent6.3软件对船用螺旋隔板三维翅片管和光滑管换热器的传热与压降性能进行数值模拟,结果表明螺旋流条件下三维翅片管与光滑管相比,具有更大的强化对流传热作用.对于船用螺旋隔板三维翅片管换热器,壳程努塞尔特准数和压降的数值模拟结果与实验计算值吻合良好,最大偏差分别为6.6%和10%.【期刊名称】《广州航海高等专科学校学报》【年(卷),期】2010(018)001【总页数】4页(P5-8)【关键词】螺旋隔板;数值模拟;换热器【作者】刘晓红;徐涛【作者单位】广州航海高等专科学校,轮机系,广东,广州,510725;广州航海高等专科学校,轮机系,广东,广州,510725【正文语种】中文【中图分类】TK124能源是国民经济的基础,是综合国力的有机组成部分,也是经济社会全面、协调可持续发展的一个重要的制约因素.换热器在国民经济和工业生成领域中对产品质量、能量利用率以及系统的经济性起着举足轻重的作用.壳管式换热器广泛应用于化工、制冷、动力及能源等领域,是量大面广的热能交换设备.螺旋隔板换热器是一种新型壳管式换热器结构,流体动力学研究表明[1],壳程流体类似于塞状流,流动均匀,几乎没有反混和流动死区.在相同的壳程压降下,螺旋隔板换热器的传热系数比普通弓型隔板换热器明显提高[2-3],若将螺旋隔板与强化管搭配则能进一步提高换热器的传热性能[4].目前船用换热器主要有管壳式换热器、板式换热器.其中船用润滑油冷却器、淡水冷却器、空气冷却器、大气冷凝器、空气加热器等主要采用管壳式换热器比较多.目前对船用换热器的研究较少,制造和使用中的船舶主要都是安装一些普通的换热器,换热效果相对较低,运行成本较高.因此研制高效能、低成本的船用换热器具有非常重要的意义,它能大大降低换热器的运行成本,节省能源.文中以螺旋隔板换热器作为船用润滑油冷却器进行传热与压降性能实验研究,同时借助数值模拟方法对螺旋流条件下三维翅片强化传热机理进行研究,更全面地了解螺旋流条件下三维翅片表面流体流动与传热特性.1 实验方法实验装置系统如图1所示.该系统主要由船用螺旋隔板换热器、润滑油箱、水箱和测量系统组成.来自水箱的冷却水在船用螺旋隔板换热器管程流动,在油箱中被加热到设定温度的润滑油由油泵送到船用螺旋隔板换热器的壳程流动,管程的冷却水与壳程的润滑油呈逆流换热.用与电脑连接的温度数据采集仪记录冷却水和润滑油的温度,用玻璃转子流量计测冷却水的流量,用椭圆齿轮流量计及秒表测润滑油流量,用U型压差计测壳程的进出口压差,用恒温控制装置调控油箱内的油温.本实验所采用的测量仪器都是经过校正的,精度可以满足实验要求.先将光滑管加工成螺旋槽管,再加工三维翅片,隔板在管外沿螺旋沟槽缠绕,这样便于固定螺旋隔板.将缠绕螺旋隔板的三维翅片管和光滑管分别套入内径为28mm的圆管内构成螺旋隔板换热器,隔板间距为17.8mm,螺旋隔板厚度为1.2mm,螺旋角约39°,传热管有效长度为571mm.三维翅片管由φ16×1.6mm的光滑管进行加工,结构参数见表1.作为传热性能对比的光滑管,参数也为φ16×1.6mm.图1 实验装置系统图1-油箱;2-油泵;3-油流量计;4-换热器;5-水流量计;6-水泵、7-水箱表1 三维翅片管的结构参数类别有效管长mm翅片外径mm翅片高mm翅片距mm翅片间隙mm翅片厚mm翅片管 571 18.0 1.6 1.2 1.1 0.22 实验数据处理本实验是采用间接方法计算壳程传热系数.因为实验过程中直接测量壁温较困难,且传热管内还有螺旋凸肋,经典的Dittus-Boelter关系式不能应用,所以采用修正的威尔逊方法回归出管内水的对流传热系数,再计算出管外对流传热系数[5].本文的实验研究重点是获得船用螺旋隔板换热器壳程的传热系数关系式,壳程传热系数 a0由以下公式计算:式中 K0是基于光滑管外表面积为基准的总传热系数,Ai为管内表面积,A0为光滑管的外表面积, R为管壁热阻.ai是管内对流传热系数.壳程努塞尔特准数Nuo,可用如下式表示:式(2)中,dh为壳程流道的当量直径,λ为润滑油的导热系数.将实验测得数据进行能量平衡计算,得到水侧和油侧的能量平衡偏差均小于 2.2%,这证实了实验系统的可靠性.3 实验结果分析实验结果如图2、图3所示.图 2 三维翅片管与光滑管的壳程传热性能比较图 3 三维翅片管与光滑管的壳程压降比较图 2为三维翅片管与光滑管的壳程传热性能比较,图 3为三维翅片管与光滑管的壳程压降比较.从两图中可以看出,随着壳程润滑油雷诺数的增大,壳程的努塞尔特准数和压降也随之提高.在相同壳程雷诺数条件下,三维翅片管的努塞尔特准数是光滑管的2.1～2.8倍,这说明船用螺旋隔板换热器中,润滑油与三维翅片作螺旋剪切运动,激发了流体湍动,促进边界层的分离,从而强化润滑油流体的对流传热性能;而三维翅片管的压降则是光滑管的2.2倍左右,这是由三维翅片的存在造成形体阻力增加.综合比较传热和流阻性能,三维翅片管螺旋隔板换热器明显优于光滑管螺旋隔板换热器.根据Kline and McClitock[6]的误差传递公式计算出船用螺旋隔板换热器的壳程努塞尔特准数最大误差约为4.2%,压降误差约为±0.18kPa.4 数值模拟结果分析计算流体力学软件Fluent具有多种优化的物理模型,包括模拟层流、紊流;不可压缩和可压缩流动;传热;化学反应等,针对每一种流动的物理问题的特点,采用适合于它的数值解法在计算速度、稳定性和精度方面达到最佳.它是换热器的流动与传热性能数值模拟的常用软件.Fluent软件的数值模拟过程主要包括采用软件包GAMBIT前处理软件建立物理模型及划分网格;将生成的mesh文件导入Fluent求解器中,进行初始条件、边界条件、物性参数及松弛因子的设定,确定CFD方法的控制方程,选择合理的离散方法和数值计算方法进行数值模拟;将数值模拟结果进行后处理,获取流场、温度场及其他参数的可视化数据.本文研究过程中,将壳程和管程出口边界条件设定为压力出口,需要设定的参数是流体温度、出口当量直径、紊流强度,内外管壁采用耦合求解对流与热传导的热量交换,壳体壁面和隔板采用不可渗透、无滑移绝热边界,选择k-epsilon RNG流体模型和Simple数值计算方法.图4为Y-Z直角坐标体系内管程和壳程的速度矢量图,对于光滑管船用螺旋隔板换热器,其坐标参数为:X=0mm,Z=255～290mm;对于三维翅片管船用螺旋隔板换热器,其坐标参数为:X=0mm,Z= 261～296mm.管程雷诺准数=24500,壳程雷诺准数=2250.从图中可以看出,光滑管和三维翅片管船用螺旋隔板换热器内,管程内的冷却水为完全紊流,速度矢量非常混乱;壳程内的润滑油在光滑管表面的速度矢量比较均匀稳定,而对于三维翅片管,由于翅片激发流体产生扰动,速度矢量受翅片干扰形成涡旋和二次流,变得极不规则,从而强化了流体的对流传热,但同时也导致流体流动压降增加.图 4 壳程和管程的速度矢量图图5 壳程努塞尔特准数的实验值与模拟值对比图6 壳程压降的实验值与模拟值对比图 5和图 6分别是船用螺旋隔板三维翅片管换热器壳程努塞尔特准数和压降的实验值与模拟值对比.从两图中可以看出,数值模拟值与实验值吻合得较好,其最大偏差分别为6.6%和 10%,均在合理偏差范围内;而且数值模拟值均高于实验的计算值,这主要是因为数值模拟过程中没有考虑换热器的散热损失和船用螺旋隔板产生旁路流和泄漏流的影响,而在实际过程中是难以避免的.5 结论通过大量的实验和数值模拟研究,可以得出如下结论:(1)在相同壳程雷诺数下,船用螺旋隔板三维翅片管换热器的壳程努塞尔特准数是光滑管换热器的2.1-2.8倍,而压降则是2.2倍左右,证明三维翅片管能显著地强化油流体的对流传热.(2)Fluent6.3软件的数值模拟结果表明,船用螺旋隔板光滑管换热器壳程速度场均匀稳定,而船用螺旋隔板三维翅片管换热器的壳程由于翅片的扰动导致速度场不规则,形成了涡旋和二次流,从而强化了润滑油的对流传热.(3)船用螺旋隔板三维翅片管换热器的壳程努塞尔特准数和压降的数值模拟值与实验计算值吻合良好,证明模拟方法可靠.参考文献:[1] J.Lutcha,J.Nemcansky,Performance improvement of tubular heat exchangers by helical baffles[J].Trans.IchemE,1990,68(Part A):263-270. [2] D.Kral,P.Stehlik,H.J Van Der Ploeg,Bashir I.Master,Helical baffles in shell-and-tube heatexchangers,Part I:Experimentalverification[J].Heat Transfer Engineering,1996,17(1):93-101.[3] 杨军,陈保东,孙成家,螺旋与弓形折流板换热器性能对比及螺旋角优化[J].辽宁石油化工大学学报,2005,25(2):59-62.[4] K.Chunangad,Jr.O'Donnell,B.Master,Helifin heat exchanger[C].Proceedingsof the International Conference on Compact Heat Exchangers for the Process Industries,Begell House,New York, 1997:281-289.[5] D.E.Briggsand E.H.Young,Modified Wilson plot techniques for obtaining heat transfer correlations for shell and tubeheatexchangers[J].Chem.Eng.Prog.Symp.Ser,1969(92):35-45.[6] S.J.Kline,F.A.McClintock,Describing uncertainties in singlesample experiments[J].Mechanical Engineering,1953(1):3-8.。

螺旋折流板热交换器热固耦合传热数值模拟刘峰;虞斌【摘要】借助SolidWorks三维软件建立四分扇形螺旋折流板热交换器模型,然后导入ANSYS Workbench,采用耦合传热的方法,对其进行流动和传热的数值模拟,分析了10° 、15°和20°不同螺旋角度热交换器在不同壳程流速下的换热性能,得到了壳程与管程的流场分布、压降以及温度变化情况.数值模拟结果表明,四分扇形螺旋折流板热交换器的壳程流体成近似螺旋状流动,流场分布较为均匀,基本上不存在流动死区;螺旋折流板热交换器壳程内的压降随着螺旋角度的增大而减小,随着壳程进口流速的增大而增大;其换热能力随着螺旋角度的增大而减小,随着壳程进口流速的增大而增大.【期刊名称】《石油化工设备》【年(卷),期】2018(047)006【总页数】6页(P31-36)【关键词】螺旋折流板热交换器;四分扇形;耦合传热;有限元;数值模拟【作者】刘峰;虞斌【作者单位】南京工业大学机械与动力工程学院 ,江苏南京 211800;南京工业大学机械与动力工程学院 ,江苏南京 211800【正文语种】中文【中图分类】TQ051.5;TE965管壳式热交换器具有结构坚固、操作弹性大和可靠性高等特点，被广泛应用于石油、石化及能源等领域，其性能直接影响着整套工艺的能效[1-2]。

虽然管壳式热交换器的结构和热力设计都比较成熟，但依然存在着流动阻力大、易结垢、难清洗、易振动和传热系数低等问题[3-4]，对其性能的改善及效率的提高等方面的研究引起了越来越多的关注。

螺旋折流板管壳式热交换器就是其中的一种新型、高效、节能的传热设备。

螺旋折流板热交换器是20世纪90年代开发的一种新型换热装置，并在10 a内得到快速发展和普及。

螺旋折流板热交换器壳程中的介质既不是横向流，也不是纵向流，而是一种螺旋状斜向流，这种介质流动方式使得其相对于传统的弓形折流板热交换器具有壳程阻力小、壳程传热系数高以及能有效抑制壳程污垢累积沉淀、防止流体诱导振动、可实现周期高效率运行等优点，在石油化工等行业得到广泛应用[5]。

螺旋板换热器数值模拟模型的建立左丹【摘要】In order to simulate spiral heat exchanger, the numerical model of heat exchanger is established. Fluid inside the exchanger is divided into a number of flow units by equal angle, heat transfer surface is also divided into a number of heat transfer surface units. The relation between flow units and surface units is established. The numberical model of the spiral heat exchanger is established based on heat transfer principle. Using this model. Calculation is made to calculate the actual spiral plate heat exchanger by the numberical model, and the distribution of temperature, total heat transfer coefficient and total flow resistance inside the exchanger are obtained.The simulation result of fluid temperature distribution and the total heat transfer coefficient consistent with the experimental data.%为了对螺旋板式换热器进行数值模拟,建立了换热器的数学模型.使用等角度间隔将换热器中的流体分为多个流动单元,将换热面分为多个传热面单元,建立了流动单元与传热面单元之间的对应关系.应用传热学原理建立了螺旋板式换热器的数学模型.利用这一模型,对实际型号的螺旋板换热器进行了模拟计算,得到了换热器内的温度分布、总传热系数及总流动阻力.模拟计算所得的流体温度分布及总传热系数等数据与实验数据吻合较好.【期刊名称】《化学工程师》【年(卷),期】2011(025)006【总页数】3页(P24-26)【关键词】螺旋板式换热器；数学模型；模拟【作者】左丹【作者单位】盘锦职业技术学院，辽宁盘锦124010【正文语种】中文【中图分类】TQ052。

板式换热器内流体速度分布的数值模拟板式换热器是一种常见的换热设备，广泛应用于多个领域，例如化工、电力、制造等。

了解板式换热器内流体速度分布的数值模拟对于设备的设计和性能优化具有重要意义。

本文将讨论板式换热器内流体速度分布的数值模拟方法以及其影响因素。

一、数值模拟方法1. 计算流体力学(CFD)方法计算流体力学是通过数值方法对流体运动进行建模和求解的一种方法。

在板式换热器内流体速度分布的数值模拟中，CFD方法被广泛应用。

该方法基于Navier-Stokes方程和质量守恒方程等基本流体力学方程，通过离散化方法将连续流场分割为有限个控制体积或控制体元，并在网格上求解这些方程组，以获取流体速度分布的数值解。

2. 网格生成在进行数值模拟之前，需要生成合适的网格。

对于板式换热器内部的流场分析，常见的网格类型包括结构网格和非结构网格。

选择合适的网格类型可以提高模拟的准确性和计算效率。

3. 边界条件设置在进行数值模拟时，需要设置合适的边界条件来定义流体的进出口、壁面及其他区域的性质。

边界条件直接影响数值模拟结果的准确性，因此需要根据实际情况进行合理选择。

4. 求解过程在求解过程中，通过迭代方法不断更新流体速度场的数值解，直到达到收敛条件。

经过足够的迭代次数后，即可得到板式换热器内的流体速度分布。

二、影响因素分析模拟板式换热器内流体速度分布时，以下几个因素需要考虑：1. 进口边界条件进口边界条件包括进口速度和进口质量流率等。

不同的进口条件会对流体在换热器内的流动方式和速度分布产生影响。

通过调整进口边界条件，可以对不同工况下的流体速度进行模拟和分析。

2. 换热器的几何结构换热器内部的几何结构，包括板片间距、板片角度等，会影响流体在板间流动的速度分布。

几何结构的不同将导致流体速度分布的差异。

因此，在模拟流体速度分布时，需要准确描述换热器的几何形态。

3. 换热器壁面效应换热器内壁面的条件是数值模拟中必须考虑的因素之一。

螺旋板换热器涡强化传热数值模拟研究螺旋板换热器涡强化传热数值模拟研究近年来，螺旋板换热器作为一种高效换热设备，被广泛应用于化工、电力、石化等行业。

螺旋板换热器通过原理上的独特设计，能够提高换热效率，节省能源。

在螺旋板换热器中，分离板通过螺旋弧槽连接，形成一个平行的流道，使两种流体能以对流的方式进行换热。

在这个过程中，流体会产生旋转流动，形成涡流。

这种旋转流动的存在会对传热产生影响，进而影响换热效率。

为了研究螺旋板换热器中涡强化传热的机制，我们进行了数值模拟研究。

首先，我们建立了螺旋板换热器的几何模型，并确定了边界条件。

然后，我们使用计算流体力学（CFD）方法，求解了螺旋板换热器内部的流场和传热情况。

通过数值模拟，我们发现在螺旋板换热器中，涡流能够有效增强传热效率。

涡流的形成使流体的湍流程度增加，从而增加了界面的传热面积，提高了换热效率。

与传统的平板换热器相比，螺旋板换热器具有更高的传热系数和传热效率。

除了发现涡强化传热的机制，我们还通过数值模拟研究了涡强化传热的影响因素。

我们发现，涡强化传热受到流体速度、入口温度、流动方向等因素的影响。

较高的流体速度会增加涡流的强度，提高传热效率。

而较低的入口温度和适当的流动方向也有利于涡强化传热。

此外，我们还通过数值模拟研究了螺旋板换热器中的压降情况。

我们发现在螺旋板换热器中，涡强化传热会导致较大的压降。

因此，在实际应用中需要对螺旋板换热器进行适当设计，以平衡传热效率和压降。

综上所述，螺旋板换热器涡强化传热数值模拟研究为我们深入了解螺旋板换热器的传热机制提供了有效的手段。

数值模拟结果表明，在螺旋板换热器中，涡流能够显著增强传热效率。

然而，由于涡强化传热会增加压降，所以在应用中需要综合考虑传热效率和压降两个因素，进行适当的设计。

未来，我们将进一步完善数值模拟研究的方法，提高模拟精度，探索更多的影响因素。

同时，我们还将结合实际应用，进行实验验证，进一步验证数值模拟结果的准确性。

收稿日期:2005203208;修改稿收到日期:2005205209。

作者简介:徐百平(1969-),博士,副教授。

研究方向为化工过程强化传热与节能,高分子材料加工动力学模拟仿真,传热过程的热力学效能评价。

在国内外核心刊物发表论文30余篇。

螺旋折流板换热器壳程流动与传热数值模拟研究徐百平1,2,王铭伟3,江 楠1,朱冬生2(1.华南理工大学工业装备与控制工程学院,广州510640;2.华南理工大学能源与化工学院;3.空军航空大学)摘要 借助F luent 软件,建立了螺旋折流板换热器壳程通道的三维物理模型,采用RNG k 2E 模型,对壳程内的流动与传热进行了数值模拟研究,得到了不同雷诺数下换热器内的速度矢量、温度分布,即平均阻力系数及Nu 数。

结果发现,壳程的流动为近螺旋线流动,存在局部回流与流线短路;流体在折流板迎风侧的流动较理想,但背风侧流动需要进一步改善。

类比定律分析表明,螺旋折流板换热器的流动虽然比弓形折流板理想,但还远没有达到理想的协同状态。

关键词:螺旋折流板 换热器 流体流动 传热 数值模拟1 前 言螺旋折流板换热器自1990年出现以来,由于其流动与传热优势得到了日益广泛的应用[1]。

目前,国内二十几家炼油厂都采用了这种新的换热器结构来替代传统的列管式换热器,有效地解决了结垢与管子振动等问题,降低了系统操作的压力降[2]。

为进一步揭示壳程的流动与传热特性,王素华等[3]采用PLDV 激光测速仪对螺旋折流板换热器内部的流场进行了流动特性研究,得到不同螺旋倾角的影响规律。

但是,由于换热器结构的多样性及设计针对的具体场合也不同,传统的基于相似理论的设计方法及实验手段已远不能满足要求。

随着计算机技术的日益发展,基于计算流体动力学(CFD)数值模拟技术的设计方法已显示出强大的生命力,使得基于一定前提的理论模拟与实验研究相结合的优化设计方法成为可能。

由于这种方法费用低、速度快、容易实现参数化分析以及减少人力物力的投入,使得人们能够借助微分方程组来实时模拟实际过程,有时甚至可以发现实验难以捕捉的现象,并为进一步优化设计打下基础,因此,往往成为解决工程实际问题研究的首选手段。

基于FLUENT的板式换热器三维数值模拟的开题报告一、课题背景板式换热器广泛应用于化工、冶金、食品、制药等领域，其换热效率直接关系到这些工业过程的能量利用效率和经济效益。

目前，利用计算机模拟技术研究板式换热器的换热性能已成为热工研究领域的重要课题。

三维数值模拟是研究板式换热器的换热性能，理解热传递规律和流动规律的重要手段，因此三维数值模拟在板式换热器研究中具有广阔的应用前景和研究价值。

二、研究内容本文基于FLUENT 17.2 软件，对板式换热器进行三维数值模拟研究。

主要包括以下几个方面的内容：1. 构建板式换热器的三维模型。

根据实际换热器的尺寸和结构，利用计算机辅助设计软件构建板式换热器的三维模型。

2. 利用FLUENT软件对板式换热器进行网格划分。

采用无结构网格技术，对板式换热器的流路进行网格划分，保证计算结果的准确性和稳定性。

3. 建立板式换热器的数学模型。

包括对流、传热和流动等物理过程的方程式以及各种边界条件和物理参数的设定。

4. 进行计算和结果分析。

利用FLUENT软件进行板式换热器的三维数值模拟计算，同时对模拟结果进行分析和比较，得出结论并进行有效性验证。

三、研究意义本文基于FLUENT软件平台，针对板式换热器进行三维数值模拟研究，不仅可以对板式换热器的热传递规律和流动特性进行深入分析，更可以为工程实践提供理论依据和技术支持。

同时，也为板式换热器的改进和优化提供参考和支撑，为推动工业过程节能和提高能量利用效率做出贡献。

四、研究计划1. 第一周：查阅文献，梳理研究思路和框架。

2. 第二周：进行板式换热器三维模型的构建和网格划分。

3. 第三周：建立板式换热器的数学模型，并设置相应的边界条件和物理参数。

4. 第四周至第七周：利用FLUENT软件进行数值模拟计算，得出计算结果。

5. 第八周：对计算结果进行数据分析和对比，得出结论。

6. 第九周至第十周：进行结果验证和总结。

以上为初步的研究计划，具体进度和研究内容将根据实际情况进行适当调整。

三螺旋折流板换热器多流路通道流动与传热数值模拟段振亚;沈锋;张俊梅;宋晓敏;曹兴【摘要】为了增加大螺旋角下单位长度换热管上螺旋折流板数量提高换热,提出三螺旋折流板导流结构,对设置三螺旋折流板后壳程流体的流动与传热进行了数值模拟,重点考察了Reynolds数Re=1391～4174时的壳程压降及对流传热系数,与设置单螺旋折流板的对比结果表明:三螺旋折流板换热器壳程对流传热系数高27.9％,JF因子高13.67％,综合传热性能更好.在此基础上运用(火积)耗散理论分析了三螺旋折流板采取不同螺旋角时对换热效率的影响,发现由传热引起的(火积)耗散率随Reynolds数变化规律与壳程对流传热系数随Reynolds数的变化规律类似,相同流量条件下螺旋角为64.8°的换热器(火积)耗散率最小.另外,中心换热管与壳壁附近换热管的传热系数比较结果显示,中心管热交换量均低于壳壁附近换热管热交换量.%Triple helical baffle heat exchanger was proposed to arrange more helical baffle in shell side with large helix angle and enhance heat transfer rate.In this paper,the flow characteristics and heat transfer performance of heat exchangers with triple helical baffles were analyzed.The comprehensive performance between single-helical and triple-helical baffle heat exchangers were compared based on the calculating results of pressure drop and heat transfer coefficient when Reynolds number ranges from 1391-4174.The results showed that:heat transfer coefficient and JF factor of triple-helical baffle heat exchangers is 27.9％ higher and 13.67％00 higher than single-helical baffle heat exchanger respectively.Besides entransy dissipation theory was used to analyze the heat transfer performance of triple-helical baffle heat exchanger with different helixangle,and triple-helical baffle with 64.8° got the lowest entransy dissipation rate.The heat transfer rate of central tube and outer tube were compared,outer tube have higher heat transfer rate compared with central tube.【期刊名称】《化工学报》【年(卷),期】2016(067)0z1【总页数】7页(P232-238)【关键词】连续螺旋折流板;换热器;三螺旋;(火积)耗散;数值模拟【作者】段振亚;沈锋;张俊梅;宋晓敏;曹兴【作者单位】青岛科技大学机电工程学院,山东青岛266000;青岛科技大学机电工程学院,山东青岛266000;青岛科技大学机电工程学院,山东青岛266000;青岛科技大学机电工程学院,山东青岛266000;青岛科技大学机电工程学院,山东青岛266000【正文语种】中文【中图分类】TK124管壳式换热器具有耐高温高压、结构尺寸灵活、适应面宽和设计制造方法成熟、使用寿命长等优点，大量应用于发电、石油、化工等工业领域。

三分螺旋折流板换热器的数值模拟和试验研究的开题报告一、研究背景及意义换热器是工业生产中广泛应用的重要设备，其性能直接影响着生产过程的效率和质量。

在热力学课程中，我们学习了许多优秀的换热器设计和理论，但实际应用过程中，由于工况条件和设备参数的不同，常规的换热器设计往往无法满足需求。

因此，研究新型换热器及其性能优化具有重要的现实意义和实际价值。

三分螺旋折流板换热器作为一种新型换热器，具有结构简单、形式多样、传热效率高等优点。

它主要由三根螺旋管、螺旋折流板、端盖、进出口管路等组成，折流板的设计对换热器的性能影响较大。

因此，对三分螺旋折流板换热器进行数值模拟和试验研究，不仅可以深入了解该换热器的传热机理和性能特点，还可以为其优化设计提供可靠的理论依据和实践经验。

二、研究内容和方法本研究将采用数值模拟和试验相结合的方法，分为以下几个内容：1. 设计和制作三分螺旋折流板换热器实验样机，选择一些典型介质进行试验研究，探究折流板结构对传热性能的影响。

2. 基于计算流体力学（CFD）方法，建立三维数学模型，对换热器内部流态和传热效率进行数值模拟。

3. 结合实验数据和数值模拟结果，分析换热器的结构参数对传热性能的影响及其优化方法。

三、预期结果和意义通过本研究，预期可以得到以下结果和意义：1. 设计和制作三分螺旋折流板换热器实验样机，进行对比实验，探究折流板结构对传热性能的影响。

2. 利用CFD方法建立数学模型，对换热器的流态和传热性能进行数值模拟，推导出传热系数和阻力系数的经验公式。

3. 分析换热器结构参数对传热性能的影响，提出相应的优化方法，为实际工程应用提供理论依据和实践经验。

四、研究进展目前，我们已经完成了三分螺旋折流板换热器实验样机的设计和制作，同时进行了初步的试验研究。

接下来，我们将开始进行数值模拟和理论分析工作，探究折流板结构对传热性能的影响，并进行优化设计。

预计本研究将在2022年6月完成。

板式换热器流体流动特性数值模拟方案分析板式换热器是一种常见的换热设备，广泛应用于化工、石油、冶金、能源等工业领域。

对于板式换热器的流体流动特性进行数值模拟分析，可以为优化其设计和运行提供重要的参考依据。

本文将从数值模拟方案的选择、模型建立、求解方法以及结果分析等方面，对板式换热器流体流动特性数值模拟进行分析。

首先，对于板式换热器流体流动特性的数值模拟，选择合适的数值模拟方案非常重要。

常见的数值模拟方案包括有限体积法、有限差分法和有限元法等。

针对板式换热器的数值模拟，有限体积法通常被认为是比较合适的选择，因为它可以较好地考虑流体在小尺度上的变化，并且对于复杂的几何形状也有较好的适应性。

接下来，建立合适的数值模型是进行板式换热器流体流动特性数值模拟的关键步骤。

首先，需要确定换热板和流体的几何特征，包括板间距、板高度、板数等；其次，需要选择合适的流动模型和换热模型，例如雷诺平均N-S方程和k-ε湍流模型；最后，需要设置边界条件，包括入口速度、温度和压力等。

通过合理的数值模型建立，可以准确模拟出板式换热器内部的流体流动情况。

在数值模拟求解方法方面，可以采用压力-速度耦合的方法进行求解。

首先，通过离散化的方法将连续的流动方程转化为离散的代数方程，形成一个稀疏的线性方程组；然后，通过迭代求解该线性方程组，得到流体的速度和压力场分布。

在迭代过程中，可以采用SIMPLE算法或者其它更高级的算法来提高求解效率和收敛性。

最后，对板式换热器流体流动特性进行数值模拟后，需要对模拟结果进行分析和验证。

可以通过比较模拟结果和实际测试数据进行验证，并对流体流动特性进行详细的分析。

比如，可以分析流体的速度、压力和温度分布情况，探究流体在换热器内部的流动规律。

此外，还可以分析换热性能的指标，如传热系数和压降等，验证模拟结果的准确性。

总之，对于板式换热器流体流动特性的数值模拟方案分析，需要选择合适的数值模拟方案，建立准确的数值模型，采用适当的数值求解方法，并对模拟结果进行分析和验证。

第51卷第7期 辽 宁 化 工 Vol.51，No. 7 2022年7月 Liaoning Chemical Industry July，2022基金项目： 辽宁省教育厅面上项目（项目编号：LJKZ0447）；国家自然科学基金资助项目（项目编号：51406125）；辽宁省博士启动基金资助项目（项目编号：2019-BS -189）。

收稿日期： 2021-11-10螺旋套管式换热器螺纹扰流及耦合传热数值模拟王翠华，苏方正，李光瑜，张文权，荣铎，龚斌，吴剑华（沈阳化工大学 机械与动力工程学院，辽宁 沈阳 110142）摘 要： 考虑壳程流体和管程流体的耦合传热，对套管式换热器管程流体的流动特性和换热特性进行数值分析。

对比不同模型的管程流体的Nu 和f ，发现了螺纹管传热的优越性，结合管程流体速度场、温度场的细观信息，揭示了管程流体的换热性能和流动特性，并分析了不同流体介质对其管程换热效果的影响。

结果表明：内管采用螺纹管时，螺旋套管式换热器管程流体的换热性能明显优于光滑内管，在研究范围内，内管采用螺纹管的Nu 是采用光管的1.76~1.9倍，流体受离心力、螺纹扰流和螺旋槽导流的复合作用，强化了管程流体的传热。

在同一雷诺数下，30号透平油的Nu 最大，约为空气的3.8~5.01倍，然后依次是水、水蒸气、空气。

关 键 词：螺旋套管式换热器；耦合传热；流体流动；数值模拟中图分类号：TK172 文献标识码： A 文章编号： 1004-0935（2022）07-0939-04能源紧缺问题是大家一直非常关注的问题，如何节约能源实现能源的高效利用，可以从经济学的角度出发［1］，对换热设备进行优化设计，从而达到节约能源的目的。

基于上述的情况，采用螺纹管作为内管应用在螺旋套管式换热器中可以实现螺纹和螺旋结构对流体复合扰动［2］，达到强化传热的目的。

广大学者对螺旋管传热性能的研究较多。

王 娟［3］等通过构建螺旋管道内流体的数学模型，运用理论方法研究了流体的换热效果。

螺旋折流板换热器壳侧流动的数值模拟
邓斌;吴扬;陶文铨
【期刊名称】《西安交通大学学报》
【年(卷),期】2004(038)011
【摘要】采用多孔介质、分布阻力模型、阶梯逼近技术对螺旋折流板换热器壳侧的流动进行了三维数值模拟,湍流方程组的求解采用了改进的k-ε模型和壁面函数法.数值模拟结果表明,在相同的进口内径及相同的进口流量条件下,螺旋折流板换热器壳侧的压降明显低于弓形折流板换热器的,且随着螺旋角的增加,压降呈减小的趋势.在小流量条件下,计算所得的换热器进出口总压降与实验值之间的偏差大部分在14% 以下,最大为18%,能符合工程计算的需要.
【总页数】4页(P1106-1109)
【作者】邓斌;吴扬;陶文铨
【作者单位】西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室,710049,西安;西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室,710049,西安;西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室,710049,西安
【正文语种】中文
【中图分类】TK124
【相关文献】
1.绕管换热器壳侧气相流动实验与数值模拟 [J], 汤奇雄;陈高飞;郭浩;沈俊;董学强;公茂琼
2.丙烷在螺旋折流板管壳式换热器壳侧流动冷凝换热特性的实验研究 [J], 庞晓冬;杨果成;陈杰;杨文刚;胡海涛;丁国良
3.不同螺旋折流板换热器壳侧流动的数值研究 [J], 王晨;桑芝富
4.管壳式换热器壳侧流体流动特性数值模拟分析 [J], 许丽华
5.螺旋折流板形状和数量对换热器壳侧传热及流动特性的影响(英文) [J], 杜文静;王红福;程林
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