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螺旋折流板换热器壳侧结构改进及模拟研究点击：1818 日期：[ 2014-04-26 22:14:17 ] |
| 螺旋折流板换热器壳侧结构改进及模拟研究 何军民 沈人杰 冯霄 (西安交通大学化工系) 摘要：改进了螺旋折流板换热器的结构，在常规结构的壳侧增加环形挡板。采用雷诺应力湍流模型，运用Fluent软件对螺旋折流板倾角为35。及其改进后的螺旋折流板换热器的流动与传热性能进行了数值模拟。模拟结果验证了RSM模型的可靠性，同时得出在低流量时，改进后的换热效果不如常规结构时的换热效果；而在壳程流体高流速的情况下，改进后换热器的压力降虽然增大，但总传热系数 和单位压降下的总传热系数 卸均得到提高，且流量越大，这种提高幅度越明显。 关键词：换热器螺旋折流板壳程结构数值模拟 O 引言 折流板作为换热器的重要组成部分，能起到改变壳程流体流动方式、增强换热性能的作用。管壳式换热器的很多改进也是从这部分人手的。文献[1]提出了将折流板设计成与壳体横断面有一个倾斜角度，在壳侧形成近似的螺旋面，使流体在壳程旋转流动，称为螺旋折流板换热器。螺旋折流板换热器彻底突破了弓形折流板换热器中介质以“z”形折返的传统方式，使得壳程中的介质既不是横向流，也不是纵向流，而是一种螺旋状斜向流。这类常规螺旋折流板换热器的优点主要有：(1)螺旋流动增强了流动湍动，强化传热；(2)相同流量下，流动压降小； (3)不易结垢；(4)消除了弓形折流板后面的卡门涡，防止流动诱导振动；(5)减小了旁通流的影响。常规螺旋折流板换热器压降小，所以虽然 △p大，但总传热系数 的绝对值较小。从能源利用的角度上看，工程上希望能够在压降增加不大的情况下，进一步提高值。 数值模拟作为一种研究手段已经得到广泛应用。但目前对于换热器的数值模拟研究都是针对弓形折流板的换热器 ]，而对螺旋折流板换热器的研究则主要集中在实验方面，数值模拟方面几乎没有报道。 本文根据螺旋折流板换热器的结构和运行特点进行简化假设，对螺旋折流板换热器三维实体结构内的流体流动和传热进行数值模拟，重点研究了改进后的壳程结构在湍流状态下的换热效果，以及壳程结构对传热性能的影响。 1 数学模型 1．1 控制方程 在稳态下，三维不可压缩流体在换热器壳程中的流动和传热适用于雷诺时均控制方程。 |
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