换热器的热性能测试与模拟分析

GB

中华人民共和国国家标准

GB××××.2-××××

热交换器及传热元件性能测试方法

第2部分:管壳式换热器

Test method for the performance of heat exchanger and heat exchange element Part 2: Tubular heat exchanger

（征求意见稿）

××××-××-××发布 ××××-××-××实施

国家标准化管理委员会 发布

GB××××.2-××××

目 次

前言 …………………………………………………………………………………………………Ⅱ

1 范围 ………………………………………………………………………………………………1

2 规范性引用文件 …………………………………………………………………………………1

3 要求 ………………………………………………………………………………………………1

4 测试数据处理………………………………………………………………………………………3

5 误差 ………………………………………………………………………………………………4

GB××××.2-××××

前 言

GB××××.1～××××.8《热交换器及传热元件性能测试方法》分为八部分：

——第1部分：通用要求；

——第2部分：管壳式换热器；

——第3部分：板式换热器；

——第4部分：螺旋板式换热器；

——第5部分：管壳式换热器用换热管；

——第6部分：空冷器翅片管；

——第7部分：空冷器噪声测定；

——第8部分：热交换器工业标定。

本部分为GB××××.1～××××.8的第2部分。本部分参考GB 151-1999《管壳式换热器》标准

中有关要求，并结合国内管壳式换热器性能测试的实际情况而制定，本部分针对管壳式换热器在性能测试

中的特点，对以下内容作了规定：

1. 对样机参数做了具体规定。

2. 对数据处理做了具体规定。

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。对于壳侧流体，特别是气液两相流体，其流动状态更为复杂。气液两相流体在壳体内流动时，会受到重力、浮力、惯性力等多种力的作用，形成不同的流动模式，如泡状流、弹状流、搅拌流等。这些流动模式会影响流体与管壁之间的传热效果，对管壳式换热器壳侧气液两相流动和传热的研究具有重要意义。

顺逆流换热器传热性数值模拟比较

摘要：换热器在石油、化工、动力、食品及其它许多工业领域等领域有着重要且广泛的应用。而换热效率是衡量换热器优劣的主要指标.理论上分析了换热器顺流逆流布置的换热效果的差异，随着CFD（Computer Fluent Dynamics）技术发展日趋成熟，使对流体内部温度场、分布研究变得可行，鉴于此，本文应用CFD软件对换热器的顺流逆流布置对换热效果的影响进行数值模拟。

关键词：顺流流动，逆流流动，数值模拟，换热效果

0. 引言

实践结果证明：金属换热面导热系数大小对换热器的总传热系数影响不大，而换热器的结构形式、流体的流动状态、是否采取强化措施对总传热系数有明显的影响【1】。其中强化传热是国内外传热学界研究的热门课题.【2】

FLUENT 软件是美国FLUENT 公司推出的大型的计算流体( CFD) 商业软件。其功能比较强

大, 现已广泛用于航空、汽车、透平机械、水利、电子、石油、建筑、环境保护等各个领域。。FLUENT 软件提供了非常灵活的网格特性, 它可以采用非常结构网格( 三角形, 四边形, 四面体, 六面体网格) 和混合型非结构网格【3】。FLUENT 软件使用GAMBIT 作为前处理软件,

可完成多种流动状况的数值模拟。本文通过对换热器顺流和逆流两种流动方式的模拟，得出与实验相同的结论，形象，直观。

1 理论分析

假设：（1）、冷、热流体的质量、流量以及比热容在整个换热面上都是常量；

（2）、传热系数在整个换热面上不变；

（3）、换热器无散热损失；

(4)、散热器沿管子轴向的导热量可以忽略不计。

(5)、任一流体不能既有相变又有单向介质换热。【4】

基于以上假设，根据传热学和流体力学相关理论，模拟的对流换热的控制方程由连续方程、动量方程、能量方程、K方程、方程和传热方程组成：

（1）连续性方程： 0iux 【5】

（2）动量方程：

ijjiieffijijjiuuuuupttgtxxxxx

第１Ｏ卷第５期　２　０　１　０年１　０月　制冷与空调　ＲＥＦＲＩＧＥＲＡＴ１０Ｎ　ＡＮＤ　ＡＩＲ—Ｃ０ＮＤＩＴ１０ＮＩＮＧ　

干式风机盘管翅片管换热器流动换热的　

数值模拟与试验对比＊　

吴俊峰　张秀平　王雷　戴琳　武亚伟　

（合肥通用机械研究院压缩机技术国家重点实验室）　

摘要利用ＣＦＤ软件对干式风机盘管翅片管换热器空气侧的流动和换热特性进行数值模拟。同时，将　模拟结果与试验数据进行对比分析，结果表明数值模拟计算方法是可行的，可为干式风机盘管产品的优化　设计提供参考。　关键词干式风机盘管；换热器；流动特性；换热特性；数值模拟　

Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ　ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｏｆ　

ｆｌｕｉｄｆｌｏｗ　ａｎｄ　ｈｅａｔ　ｔｒａｎｓｆｅｒ　ｏｆ　ｈｅａｔ　ｅｘｃｈａｎｇｅｒ　ｆｏｒ　ｄｒｙ　ｆａｎ—ｃｏｉｌ　ｕｎｉｔｓ　

Ｗｕ　Ｊ　ｕｎｆｅｎｇ　Ｚｈａｎｇ　Ｘｉｕｐｉｎｇ　Ｗａｎｇ　Ｌｅｉ　Ｄａｉ　Ｌｉｎ　Ｗｕ　Ｙａｗｅｉ　

（Ｓｔａｔｅ　Ｋｅｙ　Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｆｏｒ　Ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈｅｆｅｉ　Ｇｅｎｅｒａｌ　Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ）　

ＡＢＳＴＲＡＣＴ　Ｃｏｎｄｕｃｔｓ　ｎｕｍｅｒｉｃａ１　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｏｎ　ｆｌｕｉｄ　ｆｌｏｗ　ａｎｄ　ｈｅａｔ　ｔｒａｎｓｆｅｒ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　

ｏｎ　ａｉｒｓｉｄｅ　ｏｆ　ｆｉｎ　ｈｅａｔ　ｅｘｃｈａｎｇｅｒｓ　ｆｏｒ　ｄｒｙ　ｆａｎ　ｃｏｉ１　ｕｎｉｔｓ　ｗｉｔｈ　ＣＦＤ．Ｃｏｍｐａｒｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｅｘ—　

ｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｒｅｓｕｌｔｓ，ｉｔ　ｓｈｏｗｓ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ　ｉＳ　ｒｅｌｉａｂｌｅ，ａｎｄ　ｉｔ’Ｓ　ａｌｓｏ　ｕｓｅｆｕｌ　ｆｏｒ