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     

管壳式换热器模拟中壁面函数选择分析

为了比较不同壁面处理方法对管壳式换热器壳侧流体流动和传热的影响,建立了折流板换热器壳侧数值模型,应用大型CFD软件Fluent对其在湍流流动下的流动与传热特性进行数值计算,并将数值计算结果与试验数据进行对比。结果表明,在相同边界条件下,选择不同壁面处理方法,所得计算结果有一定的差别,并且主要差别发生在进口段及折流板附近流体流动发生剧烈变化的区域,但3种壁面处理方法均满足工程计算需要,其中采用增强壁面函数法模拟结果与试验结果最为接近,能更为准确地计算折流板换热器壳侧复杂流动。     

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。     

波纹管管内流动规律与数值模拟研究

鉴于国内外对波纹管换热器的流动和传热特性局限在实验研究和理论研究的现状,提出采用数值模拟方法对换热管管内流场和温度场进行研究。采用有限体积法对控制方程组进行离散化,应用二阶迎风离散对流项,应用SIMPLE算法进行压力修正。结果表明,在相同当量直径和雷诺数条件下波纹管比光管具有更好的传热作用和协同作用;波纹管的尺寸参数φ对其强化传热具有显著影响;由于波纹管在其波峰、波谷处产生二次涡流破坏与扰动边界层,其在较低的雷诺数下就能提前达到湍流流动,所以波纹管具有节能和防垢作用。     

板壳式换热器板管内流场的数值模拟研究

通过运用计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)的计算方法,利用三维数值模拟计算和研究了板壳式换热器板管内的流体流动特性,分析了相同工况下不同换热板管结构的性能,并对换热板管与普通换热器光管内的性能进行了对比。结果表明:以单位压降的传热系数α(即综合性能指数α=K/Δp)作为衡量换热器管程流体综合性能的标准,相同管程流量工况下,板壳式换热器板管窄通道斜角20°结构综合性能最好,具有压力损失小、不易结垢等优点;板壳式换热器板管的综合性能指数优于传统管式换热器管程9.0%～26.9%,较大程度地强化了传热过程,具有十分广阔的工业应用前景。     

热管传热性能对小型热管换热器散热效能影响

在零重力辅助下,小热管热阻是小型热管换热器散热效能的重要影响因素之一。基于集总参数法对于换热器系统数值计算的高效性思想,建立了热管、热管换热器的集总参数模型。对同一热管换热器选用不同传热性能的热管,在不同传热温差和流体质量流速下,就其散热效能进行了数值计算。计算结果表明,在零重力辅助下,热管换热器管内热阻存在一临界值Rcri。当热阻RHP≤Rcri时,管外热阻起主导作用,热管换热器的散热效能εh几乎不随热管管内热阻的值而变化。     

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。     

吸附床传热性能的数值模拟

应用有限控制体积方法对吸附床内传热流动特性进行了模拟计算,并比较了几种吸附床的传热特性。计算结果表明:肋板式吸附床具有传热效率高和传热面积大的优点,同时得出吸附剂的导热系数、换热流体流速、温度对床层传热特性的影响,可为吸附床的实际优化设计提供参考。     

基于FLUENT分析的管壳式换热器筒体腐蚀预测

换热器筒体腐蚀的影响因素众多,流体流速、温度、操作压力和介质成分等流体力学参数是影响换热器内腐蚀的关键因素。现有的腐蚀检测方法难以全面考虑流体流速和温度等流体力学参数的影响,检测精度降低,对于缺陷的探测、描述、定位及确定缺陷大小的可靠性较差。本文采用基于计算流体力学的数值模拟原理,利用有限体积法、RNG模型和壁面函数法,利用FLUENT软件对浮头管壳式换热器壳程流体的流动与传热进行了三维数值模拟,计算了管壳式换热器壳程的速度场、温度场和压力场,并在此基础上分析筒体的冲蚀规律。     

基于计算流体力学热流固耦合仿真的换热器折流板结构优化

采用多物理场耦合方法,建立了管壳式换热器的计算流体力学(CFD)热流固耦合仿真分析模型,对20种不同折流板结构参数的管壳式换热器进行了流动与传热的数值模拟。CFD仿真计算结果显示,换热器的折流板间距和折流板缺口高度对流动和传热的影响相互关联,不能进行单目标优化设计。以JF因子作为换热器综合性能的评价准则,对管壳式换热器的折流板间距和折流板缺口高度进行了结构优化设计,提出在换热器内径(d)200 mm、换热管长1 140 mm、并流条件下,该换热器的最佳折流板间距为80 mm(折流板数目为10),最佳折流板缺口高度为0.3d(即60 mm)。     

基于Fluent的夹套式热管热交换器的数值模拟

将数值模拟计算方法和Fluent软件相结合,对夹套式热管进行三维数值模拟,研究了热管热交换器在余热回收系统中的特点和作用。根据夹套式热管热交换器结构特点及传热特征,建立了夹套式热管热交换器流动与传热的三维物理模型,采用非结构化网格划分,选用k-ε湍流模型和耦合传热法,研究了夹套式热管热交换器壳程温度场分布。结果显示,夹套式热管内沿工质流动方向温度层次明显,壳程靠近热管的部位温度梯度大。     

基于Simulink的换热系统数字孪生体构建方法研究

数字孪生是真实物体在虚拟世界的一种建构过程.复杂热交换系统需要的控制参数预调、优化时间长,成本高.建立虚拟数字孪生系统,在孪生系统上进行控制参数的预调与优化,将调整好的参数直接应用于真实系统,可缩短调试时间、节约现场调控成本.计算流体动力学(CFD)技术建立的数字孪生体存在着计算周期长、难于真实表述热交换器瞬时换热特性...     

折流板换热器的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程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,即在增加折流板缺口高度的同时,再加入2块分隔板。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。     

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。     

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。     

圆弧形凸台板式热交换器传热及流阻性能数值分析

采用计算流体动力学模拟方法,对板式热交换器圆弧形凸台板片进行数值模拟,并将烟气出口温度模拟结果与相关文献中的试验数据进行比对分析,验证了数值模拟的准确性.运用Fluent软件,对圆弧形凸台板片烟气侧传热和流阻性能进行数值模拟分析.不同凸台倾角时流道内温度场和压力场的分布情况表明,随着凸台倾角的减小,热交换器传热效果变好...     

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。     

Analysis and Prediction of Corrosion Risk in Atmospheric Distillation Tower Overhead System

In order to optimize the atmospheric tower overhead low-temperature system,the physical parameters,multiphase composition,aqueous dew point temperature,and ammonium salt crystallization temperature are simulated with process simulation software.The temperature distribution in overhead heat exchanger is calculated by heat transfer calculation.The special parts with elbows near the inlet and outlet of heat exchanger are studied by fluid field analysis.Results indicate that under current operating conditions,the aqueous dew point temperature and initial crystallization temperature of NH4Cl are 91°C and 128°C,respectively.Ammonium salt appears in the distillation tower and liquid water occurs in heat exchanger tubes,in which the dew point induced corrosion is the most direct factor for heat exchanger corrosion.In the heat exchanger,condensate water appearing in the area 2.7 meters away from the bundle inlet can give rise to corrosion risk under the moist NH4Cl and high concentration of acidic solution circumstance.For the pipes and elbows located near the inlet and the outlet of heat exchanger,the flow field presents an unsymmetrical distribution.High risk areas are mainly concentrated on the external bend of elbows where the liquid water concentration is higher.The coupling of simulation methods established thereby is approved as an effective way to evaluate the corrosion risk in the atmospheric column overhead system and can provide a scientific basis for corrosion control.     

折流杆换热器数值模拟及性能分析

在PHOENICS-3．5．1程序的基础上,引入多孔介质模型,用体积多孔度、表面渗透度和各向异性的分布阻力来处理换热器内的管束。用分布热源考虑管侧流体对壳侧流体的影响,通过编写相应的程序,采用数值模拟的方式求出了折流杆换热器壳程压降和传热系数。与实验结果比较表明,壳侧压降的绝对偏差在59／6以内,传热系数的绝对偏差在8％以内,能够满足工程设计要求。在此基础上,分析了折流栅的有效流通面积和间距对折流杆换热器综合性能的影响,并将这2个参数引入到准数方程式中,得到了折流杆换热器的准数方程式,为获得折流杆换热器的整体性能提供了一种低成本的研究方法。     

基于计算流体力学数值模拟的板式热交换器传热与流动分析

以新型鼓泡板式热交换器作为研究对象,通过计算流体力学软件,对鼓泡板冷、热两侧通道进行了数值模拟。板内流体流动研究表明,相同流速下,冷侧通道流体湍流强度高于热侧,压力损失也高于热侧;热侧通道由于扭曲泡相互接触造成阻挡作用,相较于冷侧通道,传热效果较差。将数值分析结果与试验值进行了对比,验证了数值分析结果的准确性,该数值分析结果对改善板式热交换器传热效率有一定指导意义。