不同螺旋折流板换热器壳侧流动的数值研究

不同螺旋折流板换热器壳侧流动的数值研究    摘要:采用数值模拟方法,运用大型CFD分析软件Fluen,t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。 
    关键词:螺旋折流板　换热器　壳程流体　传热　数值模拟 
    引　言 
    螺旋折流板换热器是伴随高效传热技术的广泛 开展而产生的一种新型节能管壳式热交换设备, 广泛应用于石油、化工及天然气领域。目前,有关 螺旋折流板换热器的研究工作多数以扇形折流板结 构为主,研究中主要分析螺旋折流板换热器与弓形 折流板换热器在性能上的差异,以及结构和操 作参数对螺旋折流板换热器性能的影响。 在已有的研究工作中,关于不同螺旋折流板结构 对换热器性能影响的报道并不多见。笔者采用 数值模拟方法,运用大型CFD分析软件Fluen,t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,为 螺旋折流板换热器结构优化设计提供了依据。
    螺旋折流板的结构设计
    不同结构的折流板如图1所示,其中3种螺旋 折流板均由标准椭圆切割得到,在布置折流板时均 以标准椭圆的短轴为旋转轴。其区别在于:1/4椭圆 螺旋折流板由标准椭圆沿其长短轴切割得到。1/4扇 形螺旋折流板两直边相等并以标准椭圆的短轴对 称,折流板夹角θ1应大于90°,且随螺旋角的不同而变化。这2种结构的一个完整螺旋由4块折流板 组成,单块折流板在换热器壳程横截面上的投影为 90°。1/3扇形螺旋折流板的直边同样沿标准椭圆的 短轴对称,但折流板夹角θ2在螺旋角相同的条件 下应大于14扇形螺旋折流板的夹角θ1且在壳体