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。     

螺旋肋片自支撑换热器壳程性能数值分析

为了分析螺旋肋片强化换热器壳程传热机理，用FLUENT软件分别建立了套管换热器和管束换热器的三维模型，模拟得到了壳程的传热和压降性能。数值结果表明，螺旋肋片强化传热的主要机理是螺旋肋片引起的螺旋流动使流体流速提高并产生二次流，减薄了速度边界层，促进了主流流体和边界层流体的掺混；换热管之间螺旋流动的相互影响进一步提高了换热器的传热系数；螺旋肋片的螺旋角和流体雷诺数对壳程努塞尔数和压降产生显著影响，应将螺旋角和雷诺数限制在一定的范围内。数值模拟结果与试验数据吻合较好。     

连续型螺旋折流板式换热器的制造

连续型螺旋隔板是强化管壳式换热器传热的一种有效的壳程支撑结构型式。流体在换热器壳程以螺旋流的方式冲刷传热管束,具有良好的传热与流阻性能。非连续型螺旋折流板换热器技术是国内外比较成熟的技术,在石化行业中已经有一些应用。连续型螺旋折流板换热器有着比非连续型螺旋折流板换热器更好的传热性能。其应用有更好的前景,将在石化行业发挥更大的作用。     

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.     

不同螺旋角螺旋折流板换热器壳程传热性能

对螺旋角为18°、25°和30°的螺旋折流板换热器壳程传热性能进行了测定与研究,同时对螺旋角为18°、25°和30°的螺旋折流板换热器与传统的弓形折流板换热器壳程传热性能进行了比较。实验结果表明,螺旋角为30°的螺旋折流板换热器的传热效率最高,螺旋折流板换热器的壳程传热效率都比传统的弓形折流板换热器壳程传热效率高。     

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。     

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.     

壳程结构设计对管壳式换热器传热影响讨论

结合管壳式换热器Tinker壳程流体流动模型的分析,介绍了影响换热器传热效率的一些壳程结构设计因素,文中详尽地介绍了防短路结构、进出口结构、换热器壳侧纵向隔板等方面对传热效果的影响;并针对性地对弓形折流板、折流杆以及螺旋板等常用壳程强化传热结构的传热性能进行了分析和比较,对提高换热器换热效率的几种壳程结构设计进行了总结。     

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。     

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。     

一种高效壳程强化传热换热器及其工程应用

介绍了换热器壳程强化传热的研究现状;分析了弓形折流板换热器传热效率差的原因;阐述了螺旋折流板换热器壳程强化传热的原理;对螺旋折流板换热器与弓形折流板换热器的技术性能进行了对比和经济效益分析;列举了螺旋折流板换热器的工程应用实例,并指出,螺旋折流板换热器的出现使换热设备大型化成为可能。     

螺旋折流板换热器在常减压蒸馏装置中的应用

换热器的选型不仅影响到换热网络的能量回收,还会对常减压装置的长周期稳定运行产生重要影响.通过对壳程介质分别为柴油、脱前原油、常压重油、减渣急冷油和减压渣油的工艺流体进行螺旋折流板换热器（采用HelixTool程序）和弓形折流板换热器（采用HTRI 6.0软件）的工艺计算,对比发现,螺旋折流板换热器壳程的单位压力降传热系数更高.同时结合螺旋折流板换热器能够降低壳程结垢和振动风险、延长设备运行时间等自身特点,考虑了油品性质及价格因素影响,可为常减压蒸馏装置在选择合适的部位采用螺旋折流板换热器提供参考.以某厂脱前原油-初顶油气换热器为例,计算结果显示采用螺旋折流板换热器可将换热器壳径减小200 mm,重量减少约28％.可见,螺旋折流板换热器具有明显优势,既保证了工艺性能,又降低了设备投资.     

斜针翅管强化传热管的数值模拟

采用Fluent软件,以水和柴油为换热对象,利用三维模型对柴油在3种不同规格的直针翅管、30°和45°的斜针翅管套管换热器壳程层流流动时的温度场、压降及传热性能进行了模拟;并将斜针翅管与光滑管和直针翅管的结果进行比较。模拟结果表明,壳程为柴油时,针翅管的压降为光滑管的1～3倍,总传热系数约是光滑管的1.7～2.7倍;与直针翅管相比,斜针翅管的总传热系数提高约20%;斜针翅能使传热膜的系数增大,压降降低。     

无折流板扭曲扁管热交换器传热与流阻特性试验研究

某无折流板热交换器的换热管采用扭曲扁管,其扭曲扁管截面短长轴比bi／ai=0．6,扭曲比S／de=13．22、扭矩S=230mm。以水为介质,对此无折流板热交换器管、壳程传热和流阻性能进行试验研究,并与光管热交换器进行比较。结果表明,随着雷诺数的增大,扭曲扁管管程传热系数比同型号光管提高32．18％,管程压降也迅速增加;壳程传热系数有所下降,压降也明显降低。     

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 ％ 。     

杆式防冲结构对管壳式热交换器性能的影响

传统防冲结构--防冲板因其结构简单、适用性强等优点应用非常广泛,但是防冲板的引入也带来了热交换器壳程压降增高以及热交换器综合性能系数降低等问题,通过对防冲结构进行改进以提高热交换器综合性能,减少其能耗损失具有重要意义。采用美国HEI设计中提到的防冲杆作为防冲结构,通过建立相应的物理模型,分别对加装防冲板和防冲杆作为防冲结构的管壳式热交换器进行数值模拟,比较2种不同防冲结构对壳程流场的影响。研究结果表明,在所研究的进口流速范围内,管壳式热交换器防冲杆结构相比于防冲板结构,壳程平均传热系数仅降低0.9%,壳程压降平均降低20.48%,综合性能系数提升23.35%。     

双管双管板热媒热交换器(安全热交换器)

双管双管板热媒热交换器是近代在双管板基础上发展起来的一种新型管壳式热交换器,也称安全热交换器,适用于管、壳程介质严禁掺混的场合。结合双管板热交换器,对双管双管板热媒热交换器的有关要点做了简要介绍,可为此类热交换器的设计、制造及使用者提供一定的参考。     

加氢装置用双壳程换热器的结构设计、制造及工程应用

加氢装置用双壳程换热器分为法兰式和螺纹锁紧环式两种。双壳程换热器是在壳程筒体内设置一个纵向隔板 ,隔板穿过管束中心 ,将管束和壳程分为对称的两部分。从而实现了“纯逆流” ,使温差校正系数接近于 1,并使壳程介质的流速大大提高 ,因此提高了总传热系数及换热效率。对于壳程成为控制热阻的一侧且介质流速低 ,需强化壳程传热或壳程可利用压降较大或温差校正系数较小 ,需提高有效温差或需要减少换热器台数等场合 ,应优先选用双壳程换热器。但双壳程换热器制造工艺复杂 ,一次性投资较高