螺旋折流板换热器流路划分的数值模拟研究

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1、螺旋折流板换热器流路划分的数值模拟研究NumericalResearchofStreamAnalysisonHelicalBafflesHeatExchangers学科专业：化学工程作者姓名：闫晟睿指导教师：姜斌研究员天津大学化工学院2017年5月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并

2、表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日摘要螺旋折流板换热器是一种新型的管壳式换热器，最初的改进是通过在换热器壳程安装倾斜的螺旋折流板代替垂直的弓形折流板，螺旋折流板可以有效改变

3、换热器壳程流体的流动方式，提高换热器性能。本文通过数值模拟的方法研究了具有管板间隙和板壳间隙漏流的螺旋板换热器和弓形板换热器，以揭示各泄漏流路的变化规律及其对换热器性能的影响。采用Gambit和Fluent软件建立了具有4种不同螺旋倾角的螺旋板换热器和弓形板换热器模型。模拟结果显示螺旋主流路B的流量占比随螺旋倾角的增大而增大，泄漏流路流路占比随螺旋倾角的增大而减小。无论是在层流状态还是湍流状态下，随着壳程雷诺数的增大，弓形板换热器中错流主流路的流量占比减小而泄漏流路流量占比增大，螺旋板换热器中螺旋主流路的流量占比增大而泄漏流路流量占比减小

4、。弓形板换热器中的漏流量远大于螺旋板换热器。流路A的流量占比沿换热器径向方向增大。在轴向方向上，流路A和流路E的流量占比在中间段波动。在湍流状态下螺旋倾角为40°的螺旋板换热器综合性能最好，在层流状态下螺旋倾角为50°的螺旋板换热器综合性能更好。当消除板壳漏流时，螺旋板换热器单位压降下的传热系数增大2.3%，当消除板管间隙漏流时综合性能并无明显变化。随着泄漏流路间隙值的增大，螺旋板换热器的压降和传热系数减小，漏流量增大。本文的研究结果对螺旋板换热器的制造和设计优化有一定的指导意义。关键词：螺旋折流板，数值模拟，流路分析，泄漏流路IABST

5、RACTThehelicalbafflesheatexchangerisaupgradedshell-and-tubeheatexchanger,theprimaryupdateisthereplaceoftheoriginalverticallyamountedsegmentalbafflesintotheinclinedinstalledsectorbafflesintheshellside.Thechangeofthebafflescouldremarkablychangethefluidflowpatternintheshells

6、ideandfinallyimprovetheperformanceoftheheatexchanger.Inthispaper,thenumericalsimulationsforhelicalbafflesheatexchangerandsegmentalbafflesheatexchangerwithcomponentclearanceareperformedtorevealthefeaturesofleakagestreamsandtheireffectonheatexchangerperformance.Helicalbaffl

7、esheatexchangermodelswithfourdifferentanglesandsegmentalbafflesheatexchangermodelwereestablishedandcalculatedviaGambitandFluentsoftware.TheresultsrevealthattheproportionofStreamBincreaseswiththeincreaseofthehelixangleβandtheproportionsofleakagestreamsdecreasewiththeincrea

8、seofβ.Inbothturbulentflowstateandlaminarflowstate,withtheriseofshell-sideReynoldsnumber,themains