基于流场分析的管壳式换热器腐蚀研究

在管壳式换热器的失效形式中,腐蚀失效占有非常大的比例.通过建立管壳式换热器三维流域模型,并基于计算流体力学(CFD)方法,采用FLUENT软件对管壳式换热器壳程流体的流动与传热进行三维数值计算,得到换热器壳程内温度场、压力场、气液两相分布云图以及速度场分布矢量图.在此基础上,分析了管壳式换热器的腐蚀位置及腐蚀机理,结果...     

壳程流路的数值模拟研究——B,C流路初步分析

分别在CFD和HTRI软件中对管壳式换热器的计算条件进行了一致性调和,得到了相近的计算结果,证明了采用方法的可行性;同时利用CFD的模拟计算结果对壳程对流传热细节和流路进行了初步分析。通过对比发现,针对壳程错流区和窗口区的压力降和传热系数,HTRI的数据完全一致,而CFD却呈现另一种趋势(ΔP_(C1)≥ΔP_(C2),ΔP_(W1)≤ΔP_(W2),h_(C1)≥h_(C2),h_(W1)≤h_(W2)),针对这一问题,分析认为HTRI的计算方法来源于实验归纳,其局部的处理采用算术平均,故不建议采用HTRI进行非对称布管的换热器热工设计;同时发现折流板不同位置前后的压差并不一致,故经典流路模型A路流的处理过于理想化。总结认为针对管壳式换热器的研究和流路分析法仍需要发展和修正。     

平直翅片管翅式换热器减阻强化传热数值模拟

摘要借助Fluent软件，采用边界加密的六面体网格，建立了平直翅片管翅式换热器三维物理模型。在层流假设的基础上，利用具有二阶精度的QUICK差分格式，对换热器内的流动与传热进行了数值模拟研究。根据得到的换热器通道内的传热与阻力特性，提出了可以通过控制宏观流场来减阻强化传热的思想，给出了一种在工程上容易实现的方法，并进行了相应的数值计算。结果表明，新方案使传热Nu数平均提高了7．24％，而阻力系数下降，且最大下降达6．39％。     

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。     

管壳式换热器传热效率影响因素及数值模拟分析

多数管壳式换热器基于传统的经验设计方法,换热器质量大且能耗高。鉴于此,采用Fluent仿真模拟的方法,研究了换热管类型、折流板间距、折流板切率变化与换热器对流传热系数的关系,并用HTFS工程软件进行了模型验证。研究结果表明,采用特型管(如波节管和波纹管等)代替光管,可以增强管内流体扰动,提高湍流程度,增大管程对流传热系数,但同时也增大了压降;折流板间距越大,壳程对流传热系数越小,压降也越小,当折流板间距为330 mm时,换热器最高效,此时换热器在较小的压降下可以获得较大的对流传热系数;折流板切率越大,压降越小,当管束错流流速与折流窗口流速相等时,壳程对流传热系数最大,折流板切率35%为最优值,换热器效率最高。最后提出了管壳式换热器优化设计方法,将优化设计的换热器用于某化肥厂氮氢气压缩机级间冷却,同等热负荷条件下换热面积减小了21.37%。研究结果为换热器的结构参数优化提供了依据。     

管壳式换热器动态特性数值仿真

应用有限差分法对顺流及逆流管壳式换热器动态特性进行了数值预测,计算模型考虑了壳侧流动不均匀性、流体轴向扩散效应及固壁轴向导热对动态特性的影响。采用隐式差分格式进行计算,研究了当进口流量及温度同时发生扰动时换热器温度等参数的动态响应以及换热器壁面比热容和导热系数对其动态响应的影响规律。结果表明,增大比热容能够增加温度响应的上升时间,增大换热器壁面的导热系数能够提高管侧出口的平均温度。     

管壳式换热器节能技术研究

根据国内外换热器节能技术研究现状,从换热器的管程和壳程两方面介绍了管壳式换热器强化传热技术的传热机理及其应用范围,进一步分析了各种强化传热技术的优缺点。提出了部分改进措施和思路,并指出国内外近期开发研究的发展方向。     

管壳式换热器壳程传热性能比较

采用标准k-ε湍流模型并辅以壁面函数法,对弓形折流板换热器、盘环形折流板换热器、折流栅换热器和螺旋扭曲扁管换热器壳程流动与传热情况进行了数值研究。根据数值计算结果比较分析了这4种管壳式换热器壳程传热系数、壳程压降和整体性能指标α/Δp随质量流量的变化情况,对管壳式换热器的优化选型具有一定的实际意义。     

中心分区式PDC钻头流场数值模拟

为证实Φ215.9 mm中心分区式PDC钻头具有更好的冷却和携岩性能,根据钻头底部轮廓包络面建立了Φ215.9 mm中心分区式与常规PDC钻头刀翼流道流场模型,对模型大压力梯度区域运用非均匀结构网格技术进行了局部细化,模拟了两种水力结构对井底流场及各流道内流量的影响。结果表明,中心分区水力结构形成的弱连通区域,使各流场区域的流量分配更加合理,并可缓解流体对钻头冠部的冲蚀,有利于流体及时冷却切削齿,减小钻头热磨损可能性,提高携岩能力和降低原生泥包发生概率。PDC钻头采用中心分区水力结构不会增加钻头布齿及刀翼等结构设计和加工制造的难度,并能提高水力效率,推荐在适用PDC钻头地层的中深井段常规钻井和复合钻井中使用。      

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。     

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。     

套管式流化床传热特性的数值模拟

为探究套管式流化床在不同操作参数下的传热特性,对自搭建的套管式流化床进行了基于欧拉-欧拉法的三维数值模拟,并进行准确性验证,考察了不同的环形区烟气流速、表观气速和床料颗粒粒径对流化床内传热特性的影响。实验结果表明,提高环形区域内的热烟气流速可以有效地提高热烟气与内管壁面间的对流传热系数,但对外壁面温度的影响较小;颗粒相与内管壁面和载气间的对流传热系数随颗粒直径的增大而减小,颗粒相平均温度随粒径的增大而下降;随表观气速的增大,管内流体与壁面间的对流传热系数会先上升,并在表观气速为1.1 m/s时达到峰值,后随表观气速的进一步增大而逐渐下降。     

基于Fluent的锥形节流阀流场数值模拟

针对高压锥形节流阀冲蚀和气蚀失效严重的问题,利用Fluent软件对实际使用中的锥形节流阀内流场分布进行仿真计算,揭示了节流阀冲蚀和气蚀失效的原因,并提出一些减缓失效的方法和使用时的注意事项。分析结果为节流阀的设计和性能优化提供一定的理论依据。     

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。     

管壳式换热器壳侧流场研究进展

应用计算流体力学能比较精确地预测换热器壳侧稳态和非稳态流场,解释因流体流动而发生的诱导振动问题和由于温差而引起的热应力问题,这有助于换热器的结构设计,使换热器性能达到最优。介绍了国内外管壳式换热器壳侧流场研究现状、发展趋势及其存在的问题。     

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...     

新型高效管壳式换热器及其应用

采用横纹槽管 （ 含缩放管） 做传热管, 以波网、空心环和折流杆做管束的 支承结构的管壳式换热器进行了传热性能实验和原理分析。结果表明, 在相同热量和 相同功率消 耗条件下, 传热面 积减少３０ ％ ～５０ ％ ,用于炼油厂渣油—原油换热传热系数提高８５ ％ , 用于小合成氨厂, 传热面积可节省６８ ％ 。     

多股撞击射流流场的数值模拟研究

应用湍流模拟技术中的大涡模拟方法,对井底多股受限撞击射流的流场特性进行数值模拟.通过对模拟结果的分析,给出了井底条件下多股圆喷嘴撞击射流流场结构的精细描述;揭示了不同钻头水力结构条件下流场中“旋滚圈”的存在,进而探讨了井底岩屑随液流流动的运移机理,提出了有关井底清岩理论的新观点.     

管壳式换热器新型强化传热技术

介绍了管壳式换热器的管程和壳程新型强化传热技术机理及其在高效换热器中的应用,并阐述了换热器的最新技术动向。     

基于Fluent的波浪对海岸冲击的数值模拟

在Fluent软件的基础上,通过流体体积算法,数值模拟波高为0.2m、周期为1.5s、波长为3.5m的波浪对墙体的冲击过程,重点研究波浪对墙体的冲击力作用和网格尺寸对流场变化的影响。由模拟结果得出:墙体受到的冲击压力在时间历程上具有一定的周期性,但冲击压力的峰值具有一定的随机性;网格尺寸不同会导致自由面重构的不同,从而使流体体积法捕捉到的流场速度和压力不同,网格越精细,捕捉到的冲击压力更精确。