折流板开孔对换热器性能影响的CFD分析

摘要

管壳式换热器在能源、石油、化工工业应用很普遍，在国内换热器市场中约占70％，加强对其的研究，有明显的现实意义。在管壳式换热器中，弓形折流板还是占主要地位，由于其具有结构简单、制造方便等优点而被广泛使用，但它也有易造成流动死区而导致结垢、腐蚀、壳程压降大等缺点。
　　 本文用CFD技术直接模拟了一台含有10块折流板的换热器。模拟中，分别以空气-空气、水-水作换热器内的工作介质，先对如下两种方案：a.未开孔；b.以往研究中依靠实验获得的最佳开孔方案进行了CFD计算和实验验证。CFD计算证实在换热器壳体中、折流板后面，特别是管间及管壳间存在流动死区，并找出了其中流动死区的位置。在观察CFD计算结果时，可以清楚地看到换热器中各区域流速的分布，并可提取各点的速度、温度、压力值。分析表明：在弓形折流板上合理地开孔有助于减少这种流动死区，降低壳程压降。但不合理的开孔方案会让部分区域流动死区继续存在。以a和b方案的CFD计算结果为依据，本文找出了一种更好的折流板开孔方案c，并对这个方案进行了CFD计算。
　　 计算结果表明：采用c方案，基本没有流动死区。以空气作为换热介质，在来流压力、温度不变时，换热性能不变，其壳程压降比不开孔时减少了53.36％；在以水作为换热介质时，在来流压力、温度不变时，换热性能不变，其壳程压降比不开孔时减少了30.02％。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 CFD简介及PHOENICS的特点

1.1.1 CFD简介

1.1.2 PHOENICS的特点

1.2 管壳式换热器及折流板

1.2.1 管壳式换热器

1.2.2 折流板

1.2.3 弓形折流板

1.3 强化传热研究的最新进展

1.3.1 强化传热概述

1.3.2 管程强化传执

1.3.3 壳程强化传执

1.4 CFD在管壳式换热器研究中的应用现状

1.5 课题的提出

1.6 课题的意义

第2章 课题的方案与内容

2.1 课题的方案

2.2 课题的内容

第3章 计算过程

3.1 流体流动的基本方程

3.2 湍流模型

3.3 统一方程

3.4 离散方法

3.5 离散格式

3.6 前处理和后处理

第4章 计算和实验结果及其分析评价

4.1 计算及实验结果

4.2 分析评价

第5章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

附录1 干空气物性参数表

附录2 水物性参数表

致谢

攻读硕士期间发表的论文