折流杆换热器壳程湍流和传热的数值模拟

折流杆换热器壳程结构复杂,用理论方法难以获得壳程流体流动和强化传热机理.为了分析折流杆在换热器壳程中作用,采用数值方法研究了壳程流体的流动和换热状况.首先对壳程结构进行适当简化,提出了换热器壳程的"单元流道"模型用于研究纵流式换热器壳程流场和温度场的实际细观信息.针对三维几何模型和数学模型,数值模拟采用标准k-ε两方程湍流模型,用SIMPLE算法求解速度和压力的耦合关系,流道的固体边界采用壁面函数法,在不同进口流量下对单元流道进行模拟.结果表明,纵横交错布置的折流杆在单元流道中不断分割和剪切流道内流体,其扰流作用促进了流体湍流,减薄了液体边界层,减小了对流换热热阻,因而有效地提高了流体的对流换热强度.数值分析结果可为折流杆换热器的结构优化和性能提高提供理论依据.     

杆栅支撑纵流壳程换热器壳侧流体流动与传热的数值模拟

根据杆栅支撑纵流壳程换热器的结构特点对其进行简化,建立了周期性单元流道模型,应用CFD软件FLUENT对不同介质、不同Reynolds数、不同折流栅间距时的模型进行流动和传热的模拟、分析与比较,获得了流道内流体流动和传热的细观特征以及折流栅间距的最优取值范围,为纵流壳程换热器的研究和应用提供了一定的参考.     

三叶孔板换热器壳程流动及传热数值模拟

三叶孔板换热器是一种新型纵流换热器,广泛应用于核电装备领域。针对目前使用较多的壳程"单元流道"模型的局限性,建立了三叶孔板换热器壳程整体模型,包括进出口接管。采用商用软件FLUENT14.0及RNG k-ε湍流模型对壳程流体流动与传热进行了数值研究,分析了三叶孔板换热器壳程流动与传热特性。结果表明:流经第一块支撑板后,流体已充分发展,并且随着壳程结构周期性变化,传热与压降也呈现周期性变化。在支撑板附近,流体流速变大,形成射流,并且由于支撑板阻挡,在支撑板前面和尾部产生二次流,能有效冲刷管壁,减薄流动边界层,起到强化传热作用。     

三叶孔板换热器壳程流动及传热数值模拟

三叶孔板换热器是一种新型纵流换热器,广泛应用于核电装备领域。针对目前使用较多的壳程“单元流道”模型的局限性,建立了三叶孔板换热器壳程整体模型,包括进出口接管。采用商用软件FLUENT14.0及RNG k-ε湍流模型对壳程流体流动与传热进行了数值研究,分析了三叶孔板换热器壳程流动与传热特性。结果表明：流经第一块支撑板后,流体已充分发展,并且随着壳程结构周期性变化,传热与压降也呈现周期性变化。在支撑板附近,流体流速变大,形成射流,并且由于支撑板阻挡,在支撑板前面和尾部产生二次流,能有效冲刷管壁,减薄流动边界层,起到强化传热作用。     

纵流壳程换热器传热性能研究进展

基于折流杆、整圆形孔板、管束自支撑及空心环支撑等纵流换热器壳程的结构特点,从实验和数值模拟两方面阐述了这些换热器壳程流体流动和传热的研究现状,归纳总结了其传热和阻力性能的计算关联式,对比分析了其适用工况,为纵流换热器的进一步发展和应用提供指导。     

管壳式换热器壳程传热强化研究进展

对比分析了管壳式换热器壳程传热强化的主要方式和壳程管束支撑结构的研究进展。大多数管壳式换热器壳程强化结构兼具管束支撑的功能,主要以不同形式的折流杆、整圆形孔板、空心环、管束自支撑和螺旋折流板等代替传统的弓形折流档板,结构的优化提高了换热器壳程传热系数,且有效降低了壳程的流动阻力,缓减了换热器壳侧管束的振动和结垢,从而提高了换热器的传热性能。     

帘式折流片换热器强化传热数值研究

为解决折流板换热器壳程流体阻力过大和折流杆换热器低Re下传热系数较小等管壳式换热器的不足,提出了壳程流体"斜向流"的新概念,研制了新型高效节能管壳式换热器?帘式折流片换热器,其壳程传热系数高于折流杆换热器20%～30%,而壳程压力损失大幅低于折流板换热器。以场协同原理分析了斜向流的强化传热机理,指出在帘式折流片换热器壳程中流体速度场与温度梯度场间的夹角小于折流杆换热器,是其强化传热的重要原因。对帘式折流片换热器中折流栅间距、折流片倾角、折流片宽度等重要几何参数对传热和压降的影响规律进行了数值模拟研究,并据此推导了壳程传热系数和流体阻力降准数关联式,为其工程设计和推广应用提供了参考依据。     

孔板结构对梅花形孔板换热器壳程传热影响的模拟研究

采用ANSYS CFX对梅花形孔板换热器壳程的流动和传热进行了数值模拟研究,通过分析壳程流场揭示了孔板换热器壳程强化换热机理,得到了3种不同开孔率的孔板换热器壳程平均努塞尔数Nu以及压降Δp随雷诺数变化的规律。结果表明:由于孔板处流道面积较小,流体产生射流效应并伴有二次流现象,在破坏流动边界层的同时增强了流体扰动,强化了换热;3种换热器的Nu和Δp都随雷诺数的增加而增大,开孔率越低换热器的换热性能越好,但壳程压降也越大;开孔率0.215的换热器综合性能参数(Nu/Δp)比开孔率0.173和0.130的换热器平均高28.8%和50.14%。     

管壳式换热器壳程流动和传热的三维数值模拟

提出了一种管壳式换热器壳程单相流动和传热的三维模拟方法 .用体积多孔度、表面渗透度、分布阻力和分布热源来考虑壳程复杂几何结构造成的流道缩小和流动阻力、传热效应 ,通过数值求解平均的流体质量、动量、能量守恒方程 ,得到壳程流动和换热的分布 .用该方法对一实验换热器进行了流动和传热的模拟 ,计算结果和实验结果吻合良好 .     

管壳式换热器强化传热技术的研究与进展

综述了管壳式换热器壳程内管束支撑结构的发展概况,管束支撑由传统的弓形折流板到各种形式的折流杆、整圆形孔板、空心环、管束自支撑和螺旋折流板等,不但提高了换热器的整体传热性能,同时还大大降低了壳程流动阻力。     

折流杆换热器的研究方法进展

综述了实验研究法与模拟研究法在折流杆换热器研究方面的应用,同时介绍了二者在折流杆换热器结构改进方面的研究成果。指出随着计算机技术的发展,模拟研究法越来越多地被研究者所采纳,但模拟过程对计算设备的要求较高。重点介绍了模拟方法中多孔介质模型、周期性单元流道模型、周期性全截面模型以及“分段模拟,整体综合”思想等模型与方法在折流杆换热器研究方面的应用,详细分析了各种研究方法与模型的优点、缺点及适用范围。对于指定的研究目的,应使用相应的研究方法或模型;各种方法与模型需要相互配合,取长补短,才能为折流杆换热器的研究提供全面的流场、压力场和温度场等信息,正确有效地指导折流杆换热器结构改进的研究工作。     

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%。     

螺旋叶片折流板换热器的壳程传热性能研究

为研究螺旋叶片折流板换热器壳程传热性能,通过FLUENT数值模拟,对螺旋叶片折流板换热器壳程的压力场、温度场和速度场进行了分析。比较了换热器性能参数的模拟值和实验值,各性能参数模拟值和实验值的比值趋势基本一致。研究结果表明,模拟范围内,折流板间距越小、螺旋角度越大的情况下,螺旋叶片折流板换热器的综合性能最优。     

梅花孔板纵向流换热器壳程流动与传热的三维数值模拟

基于梅花孔板纵向流换热器的三维物理模型,采用RNG k-e湍流模型,对其壳程流动与传热特性进行了数值模拟,以空气为工作介质,考察了孔板开孔率y=0.148, 0.18和0.214的换热器在雷诺数Re=4000~12000范围内的传热和压降. 结果表明,流体流过梅花孔后产生贴壁射流,射流的卷吸和二次流作用有利于流体的混合与传热. 换热器壳程平均努塞尔数Nu和单位长度压降Dp/lz均随开孔率y和折流板间距L减小而增大;与相同条件下弓形折流板换热器相比,在研究范围内,该流换热器的Nu提高了14.9%~52.88%,Dp增减幅度为152.85%~-16.62%,综合性能系数PEC为1.03~1.44,适当增大开孔率y和孔板间距L可提高换热器的综合传热性能.     

U形导流板换热器传热和阻力性能分析

建立U形导流板换热器和扭转流换热器全截面周期模型,利用计算流体力学（CFD）方法对两种换热器壳程性能进行数值研究。相较于扭转流换热器,U形导流板换热器的壳程压降降低45.3%～47.5%,传热系数降低9.9%～13.5%,均匀性提高2.4%～4.0%,综合性能提高4.0%～14.6%。场协同结果表明,U形导流板换热器壳程流体速度与压力梯度的协同性优于扭转流换热器,而流体速度与温度梯度的协同性不如扭转流换热器。本文利用激光多普勒测速仪（LDV）验证了模拟方法准确性和模拟结果的可靠性;分析了U形导流板结构参数及布置方式对换热器壳程压降和传热性能的影响。结果表明,U形导流板的布置角度和布置方式对性能影响显著,导流板宽度和导流板间距的影响较小。     

三角形布管方式下2种换热器的场协同分析

基于采用周期性全截面计算模型得到的帘式折流片换热器和折流板换热器壳程流体流动和传热数值计算结果,应用场协同原理对二者传热性能进行了分析。分析了帘式折流片换热器在壳程不同位置处的速度和湍流度,以及场协同角和对流传热系数,并与折流板换热器相同位置处的情况进行了对比。由于折流板壳程流体为横向流动,而帘式折流片壳程总体上是纵向流动,故折流板换热器的平均流速和湍动度稍高于帘式折流片换热器,平均流速为帘式折流片换热器的1.15倍,其湍动程度为帘式折流片换热器的1.4倍;折流板换热器2条验证线上的场协同角的平均值均小于帘式折流片换热器。研究结果为管壳式换热器结构改进和性能提升提供了参考依据,同时帘式折流片换热器的这种结构特点对于节能降耗的研究也具有重要意义。     

异形仿生换热器壳侧对流换热的高效低阻特性研究

开发高效低阻换热器是提升系统能量转化效率的重要途径,对于船舶航运工业和海上石油平台等海洋工程以及石油钻井平台等领域具有重要的意义。受鲨鱼鳃裂结构启发,设计了一种适用于受限空间内的异形仿生换热器,大幅释放空间,并提高了换热器的集成性。通过在换热器壳程添加四种不同形式的折流板,并在进口端引入“间隙流”,模拟分析了换热器壳侧流场、压力场和温度场的分布规律,并对比了不同Reynolds数下换热器的性能差异。结果表明,阶梯式隔板换热器可达到低阻特性,流速为0.5 m/s时,壳程压降相比于弓形折流板换热器和交错类折流板换热器分别下降了约82%和65%;当Reynolds数在15000~35000之间（流速约为0.63~1.46 m/s）时,进口间隙交错折流板换热器的高效低阻特性优势明显,比弓形折流板换热器提升了约12%;当Reynolds数大于35000即流速高于1.46 m/s时,阶梯式隔板换热器的综合性能比弓形折流板换热器高出约5%,可适用于对壳程压降要求更高的应用环境。给出了不同工况下的换热器综合性能评价图,为实际应用和设计分析提供指导。     

高效节能换热器在氮肥工业中的应用

描述了新型折流杆换热器的强化传热和降低壳层压力降的原理 ,它与传统折流板换热器相比 ,传热效率高 ,材料及能耗小。介绍了这种新型换热器在合成氨变换工段和尿素装置中的应用情况及所起的节能降耗作用 ,指出该高效节能换热器在设计和生产中的关键技术。