管壳式换热器流体分配结构设计及均匀性优化

管壳式换热器作为化工机械行业中的重要设备，其管程和壳程的流动均匀性直接影响换热器的换热性能。针对某一型号管壳式换热器管程进口管箱和壳程入口设计了不同的流体分配结构，采用数值模拟方法对其流动均匀性进行分析，以面积加权均匀度指数来定量评估管程和壳程的内部流场均匀程度。研究表明，管程进口管箱和壳程入口的流体分配结构对流体均匀性分布有较大的影响，管程进口管箱增加分配结构之后均匀性明显得到改善，可保证进入换热管的流量分配更均匀。壳程入口增加分配结构能够有效减少流体对换热管的冲刷，增加流体紊乱度，有效提高换热强度。这对实际工程应用具有非常重要的理论和应用价值。     

板翅换热器导流结构非线性映射与性能多目标优化

板翅式换热器入口位置纵向方向上的流体分布不均匀问题影响不同层之间流体传热。目前已有的导流结构采用试验方式确定部分参数,缺乏对导流结构参数优化。本文提出板翅换热器导流结构多目标优化分析方法,分别考虑导流结构中孔径、孔数、流体流速、板翅式换热器入口直径、导流结构在换热器入口处的位置、孔的间距等影响换热器入口处流体均匀分布的因素,构建导流结构压强与单位时间换热量的多目标优化数学模型。采用正交试验方法选择不同参数组合建立仿真试验模型,根据试验结果推导导流结构非线性映射方程,以BP神经网络与遗传算法相结合的方式对导流结构尺寸进行优化分析,得到导流结构多目标优化结果。采用Fluent数值模拟板翅式换热器导流结构参数优化前后流体均匀分布情况,通过对比无导流结构板翅换热器可以看出,对导流结构进行优化可以明显改善流体在换热器各层流道中的流动均匀性,提高换热量,强化换热器的传热性能。     

换热器气体分布器内流场分析

为了设计一个有效、符合空气动力学原理的分布器,采用苯蒸汽作为模拟介质,利用CFD软件FLUENT对换热器入口气体分布器内的流场进行了数值模拟和计算。结果表明,分布器内的压力呈马鞍型,内部高,两端低;管束入口的速度均匀,说明流体的流动得到很好的分配,分布器的周边虽然存在弱回流,但对整体流动换热影响不大。该分布器的结构可以用于工程设计与应用。     

换热管缠绕角参数对管壳式换热器壳程流场的影响

以家用采暖炉具的换热器为研究对象，通过三维建模软件建模，应用CFD数值模拟分析在不同入口流速的工况下，换热管缠绕角度对壳侧流体流动和传热性能的影响。仿真分析结果表明：随着入口流速的增加，壳程流体混合程度更均匀，流体受到的阻力逐渐减小；在换热器高度一定时，相对于直管式换热器，绕管式换热器换热面积更大，换热性能更好。     

换热器进口管箱流场的数值分析与应用

采用计算流体力学方法，对管壳式换热器进口管箱内流场进行数值分析，模拟结果清晰地显示出管箱内流体流动状况，可用于分析管子与管板连接接头发生冲蚀和泄漏，以及不同区域的管子换热强度不同的原因。应用数值分析方法提出了锥形导流筒结构，明显地改善了管箱内流体流动和压力分布的均匀性，有利于提高换热器的总传热性能。     

大型急冷换热器裂解气流体分配CFD模拟

运用CFD软件对裂解炉大型急冷换热器进行CFD模拟,针对模拟结果,设计并优化入口气体分配器。最终模拟结果表明,通过增加入口气体分配器可以有效达到换热管中的流体分配均匀的要求。     

气液两相流在文丘里管内的流动压降特性研究

本文选用数值模拟方法对文丘里管内气相与液相的混合流体的流动进行模拟。选取收缩管段的四个截面来分析文丘里管的压强变化情况,得到文丘里管内的气液两相混合流体的流场分布以及流量、气液比、收缩管长对压降的影响。     

一种新型板翅式换热器气液分配器分配特性的敏感性分析

两相流动分配不均是影响板翅式换热器换热效率的主要因素。传统的"先混合,后分配"方法不能解决在导流翅片中流向突变时气液分离引起的气液两相流体分配不均问题,因此采用"先分配,后混合"的理念提出了一种新型的气液分配器,气体和液体分别从各自的通道进入分配器,在分配器内均匀混合后进入换热器的翅片换热通道进行换热。通过对分配器内部流场的数值模拟,发现:分配器的气液分配不均匀度随流量的增加而增加,且不均匀度受液相流量的影响比气相大。该气液分配器的气液分配不均匀度相比传统封头结构降低了一个数量级,能够有效改善板翅式换热器层间通道的气液分配特性,提高板翅式换热器的换热效率。     

气液鼓泡床泡罩式气体分布器流场的CFD模拟

采用ANSYS FLUENT商用CFD软件对气液鼓泡床内泡罩式气体分布器单体进行了数值模拟。以Ug=12.34m/s的入口速度对计算模型进行单相三维稳态模拟。研究了泡罩内径、泡罩齿片和入口管开孔分别对塔内不均度和泡罩式气体分布器的压降影响规律。研究表明,随着泡罩内径的增加,塔内不均度和分布器压降减小;泡罩齿片加宽,齿片对气体的阻力增加;齿片间距增加,齿片对气体的阻力减小;入口管开孔数对塔内不均度没有任何影响。开孔数很少时,开孔数量的增加使分布器的压降减小,然而开孔数增加到一定数量时,开孔数对分布器的压降影响甚微。对泡罩式气体分布器进行了结构优化。     

微反应器内入口结构对Taylor气泡形成过程的影响

采用计算流体力学方法,考察了微通道入口结构、气液比及两相混合速度对Taylor气泡形成过程的影响,模拟结果与可视化实验符合良好。与单纯流体体积法相比,水平集法（level set）和流体体积法（volume of fluid）相耦合的方法（coupled level set and volume of fluid method,CLSVOF）可获得更精确的气液界面,且CLSVOF法结果与实验结果更符合。数值模拟结果发现,通道入口结构及气液比对气泡长度、气泡生成频率及气泡体积有很大影响。气液比恒定,不同通道入口结构,两相混合速度对气泡长度有不同影响。     

微反应器内入口结构对Taylor气泡形成过程的影响

采用计算流体力学方法,考察了微通道入口结构、气液比及两相混合速度对Taylor气泡形成过程的影响,模拟结果与可视化实验符合良好。与单纯流体体积法相比,水平集法(level set)和流体体积法(volume of fluid)相耦合的方法(coupled level set and volume of fluid method,CLSVOF)可获得更精确的气液界面,且CLSVOF法结果与实验结果更符合。数值模拟结果发现,通道入口结构及气液比对气泡长度、气泡生成频率及气泡体积有很大影响。气液比恒定,不同通道入口结构,两相混合速度对气泡长度有不同影响。     

气体分布器结构对气升式环流反应器内气液两相流动的影响

使用欧拉两流体模型研究气体分布器结构对气升式环流反应器内气液两相流动的影响,预测了环己烷氧化反应器内单环结构、三环结构、五环结构的气体分布器时反应器内液相速度分布、气含率分布、液相循环速度以及液相微观混合特性.模拟结果表明,在等量的进气流量下,气体分布器环数增加,液相速度分布和气含率分布更趋均匀;气体分布器环数增加,液相推动力增加,从而使得液相循环速度增加,液相的宏观混合效果增强;气体分布器环数增加,导流筒内外的平均气含率增加.随机游走模型模拟结果表明,气升式环流反应器与普通鼓泡床反应器对气体分布器结构要求不同.     

基于离散相模型的伴生气分液器的优化仿真

对长庆油田伴生气分液器的分离效果进行研究,对比分析伴生气分液器优化前后的分离效率。针对油气在伴生气分液器中螺旋翅片、涡盘、分离筒中发生复杂的两相传播,通过数值模拟研究伴生气分液器内流体的流动情况,分析分液器内压强分布、速度分布以及原油液滴在流场中的流动情况。此外针对伴生气分液器重要的伞板结构,对伞板上开孔的结构参数进行仿真优化。这将有利于气液分离元件的设计和最优运行参数的选取,改进分离元件,提高油气分离效果,减少投入成本。     

大型塔进料分布器二相流场数值分析

以大型塔器常用的双切向环流进料分布器为例,通过数值分析研究了气液二相流体在分布器中的分布规律。选用k-ε湍流模型和Lagrange二相流模型,模拟计算气液二相混合进料时,通过改变液气质量流量比,研究气液二相流动规律、分布器的压降及雾沫夹带,同时与只模拟气相流场的结果进行比较。结果显示,气液混合进料比气相进料时的气体分布不均匀度小,压降和平均湍动能则偏大,气液二相流场的计算更接近实际工况,这为大型塔分布器的设计及确定适宜操作条件提供了理论指导。     

不同分布器对鼓泡塔气液两相流影响的CFD模拟

对不同分布器的鼓泡塔反应器内的气液两相流体动力学行为进行了三维瞬态数值模拟.模型采用欧拉-欧拉双流体模型以及RNG κ-ε湍流模型,研究了不同分布器设计对鼓泡塔反应器气液两相流的影响.模拟得到了鼓泡塔内整体气含率、液相速度矢量分布、时均气含率以及时均轴向液速的径向分布等结果,并对部分模拟结果与文献实验结果进行了比较,其结果吻合得较好,证实了随着分布器开孔越均匀则有利于加强流形的非对称性,从而加剧了气液两相径向混合,但对整体气含率的影响不大.     

环形分布器的流场分析

环形分布器是改善列管式固定床反应器壳程流体均布性能的重要构件。文中采用实验和数值模拟相结合的方法对环形分布器的流体流动特性进行了研究,分析了影响环形分布器流体均匀分配的基本因素,提出了3种改善环形分布器流场均布性能的手段,为优化环形分布器的结构参数和操作参数提供参考和帮助。     

大型气液同轴喷射分布器数学模拟

大型浆态床的气液分布器设计需要同时考虑气体均布、气液传质和防止堵塞三个方面的要求,基于此提出了一种大孔径气液同轴喷射的分布器构型。首先通过单喷嘴冷模实验测量了全塔平均气含率和大、小气泡相含率,证明气液同轴喷射能够显著强化气液传质,减小气泡直径。随后对所设计的外径6.3 m的多环大型气液分布器内部的流动进行了三维瞬态模拟以探讨改进气体均布的措施,模拟发现,对于多环分布管结构,采用管径随环径增大的变直径分布器代替常用的等直径分布器能够明显改善气体分布的均匀性。最后对该分布器在不同载荷下的气体均布指标进行了计算机模拟,结果表明在?40%的负荷变化范围内,分布器的气体均布性能仍然比较稳定,能够满足工业应用的要求。     

流化床管式分布器内流场模拟和布气性能分析

以催化裂化装置（FCCU）再生器的管式气体分布器为研究对象,对流化床管式气体分布器的布气性能进行了分析。首先,对气体分布器分支管内的流场进行数值模拟,计算结果表明沿分支管内气体流动方向,压力逐渐增大,截面流量逐渐减少,沿程喷嘴流量逐渐增大;同时分支管上游入口还存在着明显的偏流现象,从而导致了上游喷嘴的出口流量小于设计流量,下游喷嘴的出口流量高于设计流量,造成流化床内非均匀布气。然后,依据分支管的变质量流动特点,将一般变质量流动的动量方程用于分析分支管内的流动过程,表明分支管的流动过程属于“动量交换控制模型”,具有始端静压低末端静压高的特点,固有压力分布不均匀的特征。这种不均匀的压力分布导致了喷嘴布气不均匀和磨损等系列问题。最后,结合流化床内的压力特点,综合分析气体分布器的分支管压降和喷嘴压降,明确了喷嘴出口流量与分支管压力分布的关系,喷嘴临界压降与设计压降的关系,结论表明分支管的结构改进可以优化和改善分布器的布气性能。     

水滴型缠绕管换热器壳程流动与传热研究

采用Solid Works建立了水滴型缠绕管式换热器的物理模型,利用Fluent流场模拟软件,考察了不同入口流速下的水滴型管与圆管换热器壳侧流动和传热性能。结果表明:与圆管换热器相比,水滴形管换热器由于换热管截面流线型结构的导流作用,流体在壳程内压力分布更均匀,壳程阻力较小,降低了缠绕管式换热器壳程的压降。水滴形管的阻力系数和压降较圆管大幅度减小,当入口流速为0.4m/s时,水滴形管的努塞尔数是圆管的94.2%,而其阻力系数只有圆管的75%,PEC指数提高了5%,研究工作可为新型换热器的开发与设计提供指导。     

W型波纹板束的数值模拟和实验研究

运用Fluent软件对一种用于气-气换热的W型波纹板束进行了数值模拟研究。模型采用三板双流道的模式,分别模拟计算出不同热侧入口温度、热侧入口速度和冷侧入口速度的工况下,板束的换热效率及压力降,并进行对比分析。对W型波纹板式换热器进行实验研究,验证数值模拟和理论分析的合理性。研究结果表明:随冷热流体入口速度和热流体入口温度的增大,W型波纹板束的换热系数增大,同时压降也会增大。实验结果与模拟模拟结果基本一致且误差在15%左右。