纵向多螺旋流管壳式换热器的数值模拟与优化

利用Fluent软件,对插入不同开孔尺寸螺旋扭片的纵向多螺旋流管壳式换热器的壳程流体湍流流动和换热进行了三维数值模拟。结果表明,壳程流体的流动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不同的螺旋扭片流动,这样可以提高壳程流体的湍动强度,从而有效地减薄壁面层流底层的厚度,有利于强化传热。对相同尺寸参数的换热器进行试验研究,并与模拟结果进行对比,得出如下结论:当螺旋扭片尺寸为L=100 mm、do=8 mm时,纵向多螺旋流管壳式换热器具有最好的强化传热性能;模拟结果与试验结果误差在±12%以内。     

螺旋折流片强化壳侧传热研究

从涡旋流动强化传热的机理出发 ,提出了强化换热器壳侧传热的新方案———螺旋折流片式换热器。利用FLUENT流体计算软件对同心套管螺旋片式换热段的壳侧流场、温度场进行了数值模拟 ,讨论了螺旋片结构对其强化传热性能的影响 ,计算结果显示 ,该方案具有良好的应用前景。     

螺旋折流板换热器壳程流动与传热数值模拟研究

借助Fluent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 κ-ε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。     

螺旋折流板管壳式换热器壳程传热强化研究

对螺旋折流板换热器和传统的弓形折流板换热器进行了壳程传热性能和壳程的压力降的对比试验研究,测试了不同螺旋角的螺旋折流板换热器的壳程传热性能和壳程压力降,结果表明螺旋折流板换热器的螺旋流动强化了传热,且其壳程压力降比弓形折流板换热器小.     

插入物对新型换热器传热性能的影响

在新型换热器--自支撑矩形缩放管换热器的基础上,利用Fluent数值模拟方法,研究了在其壳程内分别插入传统插入物(旋流片)和新型插入物(折板)后传热性能与流动特性的变化,研究的雷诺数(Re)变化范围为27900~41900。结果表明,与空管缩放管换热器相比,插入旋流片和折板的换热器壳程的传热系数随Re的增大分别增加了31.07%~33.08%和38.01%~46.74%;插入物在提高传热系数的同时也引起了通道内压降的增大,插入旋流片和折板时通道内压降分别增加了69.32%~77.42% 和 68.49%~87.16%;插入折板后壳程通道内的综合传热性能最好,其次是插入旋流片的,无插入物时则最差。提高换热器传热性能的关键是要改善通道两侧缩放管处的传热性能,减小速度场与温度场间的协同角是增强换热器传热性能的一项重要措施。     

螺旋扭片换热器壳程传热与流阻研究

在水-水系统下对新型螺旋扭片换热器与普通弓型折流板换热器进行壳程传热与流阻对比试验，考察了扭片开孔与否对螺旋扭片换热器壳程传热性能的影响规律。结果表明，在相同流量下，螺旋扭片换热器单位压降下的壳程传热膜系数为普通弓型折流板换热器的1.4～8.0倍；而开孔扭片换热器的传热效果优于无孔扭片换热器。说明螺旋扭片换热器是一种结构更为合理的新型换热设备，有较好的传热与流阻特性，应用前景广阔。     

连续形螺旋折流板管壳式换热器强化传热机理的数值模拟

利用FLUENT软件,在设定的管、壳程流体流速下,对不同螺旋节距L的连续形螺旋折流板管壳式换热器强化传热情况进行了三维数值模拟,得到了对应条件下的温度场、速度场、质点迹线图、管壳程温度变化图以及压降分布图等.根据模拟得到的结果,比较了不同螺旋节距L下的连续形螺旋折流板对螺旋折流板管壳式换热器强化传热的影响.在所模拟的螺旋节距L范围内,得到了连续形螺旋折流板的螺旋节距L与螺旋折流板管壳式换热器强化传热效果的变化规律的关系,该结果可以为这种新型连续形螺旋折流板管壳式换热器的规模化工程应用提供一定的参考依据.     

壳程螺旋扭片强化传热研究

通过在管壳式换热器壳程插入螺旋扭片 ,进行了壳程流体纵向冲刷型横纹槽管管壳式换热器的传热及流体阻力实验 ,分析了螺旋扭片对壳程传热性能的影响     

斜针翅管套管换热器壳程传热与压降的数值模拟

以水-柴油换热为对象,对直针翅管和斜针翅管套管换热器的壳程传热与压降性能进行了实验研究与数值模拟。采用Fluent软件模拟了柴油在直针翅管和斜针翅管套管换热器壳程层流流动时的流场、温度场以及传热与压降性能。结果表明,在相同流动条件下,直针翅管与光管套管换热器的总传热系数K的比值模拟值与实验值吻合较好。同时分析了斜针翅管纵向流流动特性,压降低于直针翅管换热器,强化传热为光管的1.5～2倍,并设计应用于炼油换热器中。     

纵流式换热器壳程层流流动与传热的数值模拟

采用计算流体力学和数值传热学方法 ,对纵流式换热器的运行工况进行简化和假设 ,建立了壳程层流流动与传热的数学模型。为改进收敛性和提高计算精度 ,用算子分裂法和二阶时间精度离散格式等改进算法 ,用三维等参单元导出了离散化非线性控制方程组 ,编制了数值模拟程序。对纵流式换热器壳程的流场和温度场进行了数值模拟研究 ,得到换热器内流体流动状态和热流分布 ,并分析了支撑结构的参数变化对流体流动和传热的影响。数值计算结果和实验数据吻合较好 ,该模型能有效地模拟纵流式换热器壳程流动与传热特性     

结构和操作参数对螺旋折流板换热器性能影响

运用CFD数值模拟的方法对比了操作参数相同时弓形折流板换热器和螺旋折流板换热器工作性能特点 ,研究了螺旋折流板换热器壳程压力损失和螺旋角的关系。结果表明 ,螺旋折流板换热器和弓形折流板换热器壳程压力损失随流量的增大而增加 ,二者之间的差距呈上升趋势。同时 ,随着螺旋角的增大 ,螺旋折流板换热器的壳程压力损失呈下降趋势。     

气体缩放管传热优化及其肋高确定

对光滑圆管与粗糙管内的湍流流动及传热边界层进行了分析,通过实验比较了三种不同肋高（1.1,1.25,1.6mm）的气体缩放管的热阻力性能以及传热综合因子随雷诺数（Re）的变化关系.结果表明,在气体换热的场合下,在直径为44mm的缩放管中,肋高为1.25mm时,粗糙高度与流动过渡区的厚度相当,可获得缩放管的最佳综合传热性能,其传热性能与肋高为1.6mm的缩放管相当,而阻力与肋高为1.1mm的缩放管相比升幅不大;肋高为1.1mm的缩放管未能对边界层造成充分扰动,强化传热性能不佳;肋高为1.6mm的缩放管对湍流主区产生了扰动,阻力升幅过大.     

乙苯蒸汽过热器壳程流场模拟与换热性能分析

基于几何和雷诺数Res相似理论建立管壳式乙苯蒸汽过热器计算模型，利用FLUENT 17.2软件模拟过热器流场，分析壳程质量流量对壳程换热系数、壳程压降、综合评价因子Nu×Pr-1/3的影响规律，研究壳程附件对流场及换热的影响。结果表明：过热器壳程流场分布不均，折流板背风面存在流动死区；随着流量增大，壳程换热系数和压降增加，在对数坐标下拟合Res与Nu×Pr-1/3有良好的线性关系，数值模拟结果与经验方法Bell-Delaware得到的结果吻合较好；增加折流板数，单位压降下的传热系数减小，流动死区减小，壳程压降和换热系数增大；旁路挡板能有效地减弱旁流流量并提高换热效果，防冲管有助于提高壳程进口端流场均匀性；支持板会造成壳程流量分配严重不均，壳程换热系数和压降降低，严重影响了过热器的整体换热效果。通过流场模拟与换热性能分析，发现支持板的设置是工业乙苯过热器换热性能变差的一个重要原因。     

不同螺旋折流板换热器壳侧流动的数值研究

采用数值模拟方法,运用大型CFD分析软件Fluent,研究了1/4椭圆螺旋折流板换热器、1/3扇形螺旋折流板换热器以及常见的1/4扇形螺旋折流板换热器壳程流体的流动特点,并与传统的弓形折流板换热器进行对比。采用Gambit软件建立模型和划分网格,采用分离变量法隐式求解,压力和速度耦合采用Simple算法。结果认为,螺旋折流板换热器的传热及阻力性能低于弓形折流板换热器,1/4椭圆螺旋折流板换热器的传热性能及压力损失最小,其次是1/4扇形螺旋折流板换热器,1/3扇形螺旋折流板换热器的壳程传热及阻力性能最高。     

套管式折流杆管束换热器壳侧传热与流阻性能

针对普通套管式换热器的不足 ,设计了套管式折流杆管束换热器壳程内部结构。对不同内部支承结构与管束组合的套管式管束换热器壳侧进行了传热与流阻性能实验研究 ,得到了 3种换热器壳侧对流传热系数及压降随流量变化的关系曲线。实验结果表明 ,套管式折流杆螺旋槽管束换热器壳侧具有较好的传热与流阻性能。     

换热器壳程三维数值模拟及场协同分析

为了分析换热器整体场协同关系,利用多孔介质分布阻力模型和换热器核心模型,采用三维数值计算的方法研究管壳式换热器的流动与传热,分析了换热器壳程场协同和传热效率的关系,以及壳程纵向流动和横向流动的场协同角随流速的变化规律,为优化换热器设计提供了理论基础。     

螺旋折流板换热器对流传热特点分析

利用计算流体力学(CFD)软件对8°折流板倾角的螺旋折流板换热器进行了壳程对流传热的数值模拟,通过与传热研究公司的HTRI软件计算结果的对比验证发现相关结果具有一致性。基于数值模拟结果,发现壳程流动呈现距壳体轴心越远流速越低,且换热效果越差的特点。借鉴"流路分析"的基本思想对上述问题进行了初步探讨,认为这是由于壳程主体螺旋流使得流经外侧管束的流体经过更多换热管管排,流经外侧管束的流体必须降低速度以维持其相同的进出口压力降,故外侧管束换热较差。这可能是较大壳体直径的螺旋折流板换热器表现不佳,故其在工程上使用较少的原因。同时发现经过一个螺旋周期后流场具有周期相似性,而这可以作为利用周期性边界条件对螺旋折流板换热器进行简化计算的依据。     

新型螺旋折流板热交换器壳程传热性能数值模拟

通过Fluent数值模拟,比较了2种螺旋折流板热交换器的传热和流动性能,着重对比了不同流速下,新型螺旋折流板热交换器和传统螺旋折流板热交换器的性能参数及特征。结果发现,新型螺旋折流板热交换器的传热性能优于传统的螺旋折流板热交换器,在模拟范围内,随着流速的增加,传热优势最高可达10％,表现出较好的传热效果,但同时压降增大,需要引起注意。     

超级开架式气化器新型传热管内流场及对流换热的数值模拟

超级开架式气化器(Super ORV)新型传热管主要是在普通传热管的内管中加入了十字螺旋扰流杆,以强化传热管的换热效果。为了研究该装置的换热效率,建立了与新型传热管和普通传热管相对应的数学和模型物理模型,采用数值模拟的方法对两种传热管内流场及对流换热性能进行了对比分析,得到了传热管内流道的努赛尔数随入口速度的变化图,以及传热管不同位置处温度和传热系数的分布规律。通过对现有实验进行数值模拟,对比分析了模拟结果与实验结果。结果表明:(1)FLUENT数值模拟方法能准确描述传热管的传热特性;(2)十字螺旋扰流杆的存在,不仅能够加强流体的湍流强度,而且还能有效减小边界层厚度,产生强烈的二次流,加强了流体在径向上的热交换,提高了传热管的整体换热能力;(3)流体入口速度与努赛尔数的增长幅度呈正比,传热系数随着温度的升高而增加,在相同的雷诺数下,新型传热管内流体的平均温度明显高于普通传热管内流体温度。该研究成果能够为超级开架式气化器国产化进程提供参考。