两壳程螺旋和弓形折流板管壳式换热器的性能比较

对相同的换热器体积、相同折流板数、相同管程数的两壳程螺旋折流板换热器和两壳程弓形折流板换热器进行了对比性的数值模拟研究,结果表明:(1)在相同壳程Re下,两壳程螺旋折流板换热器的换热系数h比两壳程弓形折流板换热器略低,压降DP比两壳程弓形折流板换热器低40%.(2)在相同壳程流量G下,两壳程螺旋折流板换热器的换热能力比两壳程弓形折热器高60%,压降DP比两壳程弓形折热器高80%.(3)在相同壳程压降DP下,两壳程螺旋折流板换热器的换热系数h比两壳程弓形折流板换热器高30%.(4)在允许的压降范围内,当换热要求较高时,多壳程的螺旋折流板管壳式换热器可强化换热,带走更多的热量,保证生产的安全.     

螺旋折流板与弓形折流板换热器性能的数值模拟

针对弓形折流板、连续螺旋折流板换热器,采用FLUENT软件,k-ε湍流模型,通过数值模拟的方法比较了4块挡板的弓形折流板换热器和4个螺旋的螺旋折流板换热器的壳程流动与换热性能。结果表明:弓形折流板换热器流动湍动程度强,换热系数更大;螺旋折流板换热器壳程流动呈螺旋状,流动阻力更小;比较单位压降换热系数,螺旋折流板换热器综合性能优于弓形折流板换热器。     

梅花形孔板换热器壳程流动与换热特性模拟

换热器是化工生产的重要设备之一,为了解决传统的弓形折流板换热器存在压降过大和换热效率低的问题,设计了一种新型的梅花形孔板换热器。针对使用简化模型进行模拟研究的局限性,构建了梅花形孔板换热器壳程全三维模型。采用CFX模拟比较了梅花形孔板换热器与弓形折流板换热器壳程的流动换热特性,并进一步研究了孔板间距与换热器性能的相关性,得到了换热管外表面平均对流换热系数h,以及壳程压降Δp随雷诺数Re变化的规律。研究结果表明:梅花形孔板换热器可以有效消除折流板换热器中存在的流动死区并减少壳程压降,同时孔板处流体形成射流破坏流动边界层,强化换热。在模拟雷诺数范围内,孔板换热器的综合性能参数h/Δp相比折流板换热器平均高约12%;相同雷诺数下孔板间距越大换热器综合性能越高。     

断续螺旋折流板在大直径换热器中的应用研究与展望

通过一个实例简要介绍断续螺旋折流板在大直径换热器中的应用状况。结果表明,大直径断续螺旋折流板换热器在壳程单位压降下的传热系数仍高于传统的弓形折流板换热器,但换热效率稍差。从结果的比较与分析中探讨该换热器换热效率稍差的原因及其解决方法,通过对不同螺旋角的螺旋折流板换热器的壳程传热系数和总传热系数的比较,得出螺旋角小的换热器换热性能较好,进而展望该换热器的应用前景     

网状孔板纵向流换热器壳程流体流动及换热特性的数值模拟

应用CFD软件对网状孔板换热器壳程流体流动及换热特性进行了数值模拟研究,揭示了网状孔板强化传热的机理,分析了孔板间距及开孔率对其换热、压降性能的影响,推导出网状孔板纵向流换热器壳程换热与流动的准数关系式. 结果表明,流体流过网状孔板产生射流及二次流现象,强化了壳程流体的传热;在Re=2300~6300范围内,网状孔板换热器比弓形折流板换热器的Nu数增大约50%,但压降比弓形折流板换热器高约2.5倍;在研究范围内,孔板间距减小、开孔率减小均能使壳程流体的Nu数及压降增大,且Re数越大,开孔率、折流板间距对Nu数及压降的影响越大;但随开孔率、折流板间距减小,流体压降增加的速度明显比Nu数快.     

花板换热器与单弓形折流板换热器对比实验研究

折流板壳程流体横向冲刷换热管时存在振动大、压力损失大和易结垢的缺点,折流杆换热器用作冷油器时壳程Re偏低,为了克服上述缺陷,研制出一种新型的花板换热器。花板换热器中壳程流体的流动方式与单弓形折流板换热器不同,壳程流体纵向冲刷换热管,具有壳程阻力较小、换热器内管子振动噪声小等特点。本文通过对花板与单弓形折流板换热器的换热和流阻性能的实验比较,得到在相同的雷诺数下,花板换热器的壳程压降仅为单弓形折流板换热器的70%—80%,以单弓形折流板换热器为参照时的花板换热器综合效益比为110%—140%。     

螺旋折流板换热器阻力及换热性能数值模拟

为研究连续螺旋折流板换热器阻力及换热性能,采用CFD数值模拟方法,选用k-ε湍流模型,比较了螺旋折流板换热器壳程流动与换热性能,进一步研究了不同螺旋角在不同入口速度下的阻力及换热性能。结果表明:不同螺旋角的螺旋折流板换热器,随着螺旋角增大,进出口压降逐渐减小,换热系数也减小;比较螺旋折流板换热器的单位压降换热系数,为了保证换热效率,螺旋角为40°时换热器的综合性能最优。计算结果为螺旋折流板换热器的螺旋角选择提供了理论依据。     

曲面弓形折流板换热器壳程流体流动与传热

提出一种新型折流板--曲面弓形折流板,并构造曲面弓形折流板换热器,采用数值模拟和实验相结合的方法研究其壳程传热和流动阻力性能。在实验方面,设计了实验用曲面弓形折流板和普通弓形折流板换热器试样,其中换热器管束采用可拆连接形式,以考察不同折流板结构和板间距的影响。通过改变管程及壳程流量和管程流体进口温度,获得了大量对应于不同折流板结构的壳程压力降和传热系数实验数据。在模拟方面,利用Fluent软件建立了曲面弓形折流板换热器和普通弓形折流板换热器流体数值分析模型,得到了壳程流体流场分布及壳程压力降和传热系数。结果发现,在相同结构参数和流动条件下,曲面弓形折流板换热器壳程压力降比普通弓形折流板换热器降低9%～24%,而壳程传热系数比普通弓形折流板换热器提高3%～11%。     

折流板间距对换热器性能影响的数值研究

采用CFD数值模拟方法,研究了简化模型下弓形折流板和螺旋折流板换热器,对应于不同间距/螺距时,流动参量的变化对换热器整体流动与传热性能的影响。结果表明,两种结构对应的壳程压力损失和换热系数均随壳程流量的增加而增大,而螺旋折流板结构单位压降下换热系数大于弓形折流板,并且其性能受折流板螺距变化的影响较小,体现了螺旋折流板结构的优越性。计算结果与现有实验结论吻合较好。     

圆孔状折流板换热器壳程流体流动与传热特性的数值研究

传统弓形折流板换热器壳程流体横向冲刷换热管时存在振动大、压力损失大和易结垢的缺点,为了克服上述缺点,本研究在弓形折流板的基础上有规律的开圆孔,并对其运用CFD软件Fluent进行数值模拟,研究其壳程流体流动与传热特性。本文通过数值模拟得出:折流板上开圆孔后,壳程流体流速更加均匀,有效地消除了流动"死区",换热器平均压力损失降低了46.7%~150%,平均努赛尔数提高了2.7%~10.2%,速度矢量与温度梯度的夹角变小,协同性更好。     

管壳式换热器壳侧不同折流板形式下流体流动与传热数值模拟

利用Ansys Fluent软件对小型管壳式换热器壳侧流体流动和传热进行了数值模拟,考察了单弓形、双弓形和圆环—圆盘三种形式的折流板在不同流量下的流场、温度场和压力场。分析了不同折流板形式在不同流量下对压力降和传热系数的影响:流量越大,压降和换热系数越大;在相同的流量下,单弓形折流板的压降最大,换热系数最小,另外两种折流板在压降和换热系数上没有明显的区别。而且单弓形折流板的压降和换热系数数值模拟结果与实验吻合较好,从而也证实了数值方法的可靠性。     

双圆缺折流挡板的气体换热器

双圆缺挡板换热器可视为两个半圆柱管壳式换热器的并联,壳程气体双进双出,折流挡板由月牙板、双圆缺板交替进行。讨论了台拉华-比尔方法在壳程传热膜系数计算中的特点,通过不满排和在折流板上开泄流孔提高壳程传热膜系数、降低壳程阻力。硫酸装置是腐蚀性、易结垢气体,污垢热阻的选取是其成败的关键,探讨了强化传热的优缺点。给出了实际换热器结构参数和换热性能的计算结果。     

螺旋折流板换热器壳侧结构改进及模拟研究

改进了螺旋折流板换热器的结构,在常规结构的壳侧增加环形挡板。采用雷诺应力湍流模型,运用Fluent软件对螺旋折流板倾角为35°及其改进后的螺旋折流板换热器的流动与传热性能进行了数值模拟。模拟结果验证了RSM模型的可靠性,同时得出在低流量时,改进后的换热效果不如常规结构时的换热效果;而在壳程流体高流速的情况下,改进后换热器的压力降虽然增大,但总传热系数K和单位压降下的总传热系数K/Δp均得到提高,且流量越大,这种提高幅度越明显。     

折流板切口方向对管壳式换热器传热性能影响

为了研究单弓形折流板的切口方向对管壳式换热器传热与流动性能的影响,文中通过建立3个不同折流板切口方向的管壳式换热器简化实体模型,运用CFD软件Fluent对管壳式换热器壳程传热与流动状态进行了三维数值模拟。以水为壳程流体介质,在不断改变壳程进口流速,使得壳程进口雷诺数Re在10 000到70 000范围内变化时,得到了不同状态下的壳程流场与温度场。根据数值模拟结果,以总传热系数α,壳程总压降Δp以及单位压降下的传热系数α/Δp作为综合衡量标准,分析不同折流板切口方向时的管壳式换热器壳程流场与温度场。数值模拟分析结果表明:折流板为垂直切口方向时,管壳式换热器总传热系数最大,压降最小,综合性能最好,另外2种折流板切口方向的管壳式换热器综合性能差不多。     

折流板结构对换热器壳程性能影响的对比研究

建立弓形折流板、连续螺旋折流板和四分螺旋折流板换热器模型,采用CFD软件Fluent借助数值模拟的方法,定量对比分析3种折流板结构下换热器的流动和传热性能。结果表明:同连续螺旋折流板换热器相比,四分螺旋折流板换热器壳程进口段长度增加。相邻折流板间距为128.85 mm时,同螺距128.85 mm时螺旋角为20°的两种折流板结构的螺旋折流板换热器相比,弓形折流板换热器综合性能最差,四分螺旋折流板换热器其次,连续螺旋折流板换热器最高。其中,不同流态下,连续螺旋折流板换热器较四分螺旋折流板换热器壳程综合性能增加7.28%~11.05%,弓形折流板换热器同连续螺旋折流板换热器和四分螺旋折流板换热器相比,壳程综合性能分别降低23.62%~28.65%和15.37%~21.08%。     

螺旋折流板换热器在石油化工行业中的应用

通过实验对比分析弓形折流板和螺旋折流板换热器的壳程传热与流动特性,得出单位压降条件下螺旋折流板换热器壳程对流传热系数均高于弓形折流板换热器;当壳程流量相同时螺旋折流板换热器壳程压降远低于弓形折流板换热器,随着流量的增加二者相差越大.结果表明螺旋折流板具有单位压降条件传热系教高,流动阻力小,能有效防止管束振动和适用范围广的优点,在石油化工领域是冷换设备较为理想的选择.     

便携式新型换热器折流板对传热效率影响分析

为了规避传统管壳式换热器体积偏大且消耗较高等缺点,开发一种给天然气或页岩气井口加热的便携式新型蒸汽换热器。笔者简化其内部几何结构,采用Fluent仿真数值模拟方法对折流板间距、切率变化和换热器壳程对流传热系数的关系进行了研究。结果表明:壳程对流换热系数随着折流板间距的增大而减小,当折流板切率取定值,间距取61 mm时,换热器在流体产生较小压降情况下获得较大的壳程对流传热系数,换热效果相对最佳;壳程对流换热系数随着折流板切率的增大而变大,当折流板间距取定值,切率取25%时,换热器在流体产生较小压降情况下获得较大的壳程对流传热系数,换热效果相对最佳。最后为设计特定的天然气或页岩气井口管道加热所需的换热器提供了优化依据。     

连续螺旋折流板换热器壳程流动与传热数值模拟

建立了连续螺旋折流板换热器三维模型并划分网格,采用分离式求解器、SIMPLE压力速度耦合方式与Realizable k-ε湍流模型,利用FLUENT软件对连续螺旋折流板换热器壳程流体流动与传热进行了模拟计算,得到壳程流体速度、压力与温度分布图,并与传统弓形折流板换热器作比较。螺旋折流板节距与弓形折流板间距相等时,螺旋折流板换热器壳程传热系数增加了25%左右,而压力降减小了18%左右。通过对不同螺旋角度的螺旋折流板换热器进行模拟分析,发现随螺旋角增大壳程传热系数和压力降都呈减小趋势,且壳程流体进口平均速度越大,作用越明显,故在实际工程中,盲目追求高的传热系数或低的压降都是不可取的。本数值模拟可为螺旋折流板换热器进一步的工程研究提供可靠的理论参考依据。     

倾斜折流栅式换热器壳程流体流动与传热特性

针对斜向流换热器壳程流体流动的特点,提出一种倾斜折流栅式换热器。采用CFD软件Fluent对常规斜向流换热器和倾斜折流栅式换热器进行数值研究,分析了折流栅的装配方式和倾斜角度对倾斜折流栅式换热器壳侧流体流动和传热性能的影响。结果表明:与常规斜向流换热器相比,栅片同向装配时,倾斜折流栅式换热器壳程传热系数和综合性能分别增加6.18%~6.47%和3.22%~3.59%;栅片同向装配,折流栅倾斜角为70°时,换热器壳程传热系数和综合性能均达到最大,且壳程压降较小。与倾斜角为60°的倾斜折流栅式换热器相比,倾斜角为70°的倾斜折流栅式换热器壳程传热系数和综合性能分别增加2.84%~2.93%和7.07%~7.19%,且壳程压降降低11.26%~11.52%。所得结论为改进斜向流换热器折流栅的结构和强化传热提供理论与工程应用依据。     

折流板换热器壳程流场数值模拟与结构优化

基于多孔介质与分布阻力的概念,采用FLUENT软件对单弓形折流板换热器的壳侧流场进行了三维数值模拟,模拟结果与实验结果吻合较好。在此基础上针对折流板换热器壳程压降大、能耗高、存在传热死区等的缺点提出了壳程流场的改进方案,通过数值模拟可以看到壳程流场改进后不仅具有压降低、场协同性能好、基本无传热死区等特点,而且在一定程度还提高了管束抗流体诱导振动的性能。