基于计算流体力学热流固耦合仿真的换热器折流板结构优化

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1、石油化工·682·PETROCHEMICALTECHNOLOGY2012年第41卷第6期基于计算流体力学热流固耦合仿真的换热器折流板结构优化12张仂，谷芳（1.中盐制盐工程技术研究院天津市盐化工企业重点实验室，天津300450；2.天津大学内燃机研究所，天津300072）［摘要］采用多物理场耦合方法，建立了管壳式换热器的计算流体力学（CFD）热流固耦合仿真分析模型，对20种不同折流板结构参数的管壳式换热器进行了流动与传热的数值模拟。CFD仿真计算结果显示，换热器的折流板间距和折流板缺口高度对流动和传热的影响相互关联，不能进行单目标优化设计。以JF因子

2、作为换热器综合性能的评价准则，对管壳式换热器的折流板间距和折流板缺口高度进行了结构优化设计，提出在换热器内径（d）200mm、换热管长1140mm、并流条件下，该换热器的最佳折流板间距为80mm（折流板数目为10），最佳折流板缺口高度为0.3d（即60mm）。［关键词］换热器；折流板；热流固耦合；计算流体力学［文章编号］1000-8144（2012）06-0682-06［中图分类号］TQ051.5［文献标识码］AStructureOptimizationforHeatExchangerBaffleBasedonComputationalFluidDy

3、namicsSimulationofThermal-Fluid-StructureCoupling12ZhangLe，GuFang（1.SaltResearchInstituteofChinaNationalSaltIndustryCorporation，TianjinEnterpriseKeyLaboratoryofSaltChemicalIndustry，Tianjin300450，China；2.InternalCombustionEngineResearchInstitute，TianjinUniversity，Tianjin300072，C

4、hina）［Abstract］Athermal-fluid-structurecouplingsimulationmodelforshell-and-tubeheatexchangerswasestablishedbasedoncomputationalfluiddynamics(CFD)byamulti-physicalfieldcouplingmethod.Theflowandheattransferin20differenttypesofshell-and-tubeheatexchangerswithdifferentbafflestructural

5、parametersweresimulatedbythemodel.TheCFDsimulationresultsshowedthattheeffectsofthebafflespacingandbafflegapheightontheflowandheattransferinterconnected，whichshowedthatthesingle-objectiveoptimizationcouldnotbeachieved.WithJFfactorsastheevaluationcriteriaoftheheatexchangerperformanc

6、es，thebafflespacingsandbafflegapheightsintheshell-and-tubeheatexchangerswereoptimized.Itwasputforwardthatundertheconditionsofparallelflow，insidediameteroftheheatexchanger(d)200mmandheatexchangetubelength1140mm，thebafflespaceandbafflegapheightwere80mm(thebafflenumber10)and0.3d(60mm)，r

7、espectively.［Keywords］heatexchanger；baffle；thermal-fluid-structurecoupling；computationalfluiddynamics管壳式换热器具有结构坚固、操作弹性大和发展，人们越来越认识到采用传统的试验法或经验可靠性高等特点，广泛应用于各工业领域，尤其是关联式法，已经不能对换热器进行精确分析，这将在石油化工行业中，大量使用管壳式蒸发器和冷凝器等换热设备，它们的性能直接影响了整套工艺的［收稿日期］2011-12-17；［修改稿日期］2012-02-23。能效。因此，对管壳式换热器

8、的综合性能进行理论［作者简介］张仂（1975—），男，河北省石家庄市人，硕士，工程师，电话137524973