异型排列管束蒸发器壳程流场数值模拟.pdf

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1、第9期机械设计与制造2010年9月MachineryDesign&Manufacture193文章编号：1001—3997(2010)09—0173—02异型排列管柬蒸发器壳程流场数值模拟金如聪贺小华(南京工业大学机械与动力工程学院，南京210009)Thenumericalsimulationonshell-sideflowfieldofirregulararrangementtubebundleevaporatorJINRu—cong，HEXiao—hua(SchoolofMechanicalandPowerEnginee

2、ring，NanjingUniversityofTechnology，Nanjing210009，China)6【摘要】制冷装置蒸发器应用广泛，其壳程内流体的流体力学行为对蒸发器蒸发性能影响显著。利5；用Gambit软件建立了5种管束排列方式下蒸发器壳程流体流动的二维模型，采用Fluent软件对流体在；l壳程通道内的流动进行数值模拟。模拟结果表明，相比管束正方形排列和转角正三角形排列，异型排列方l；式更有利于壳程流体与管换热面接触，流体绕流异型排列管束的压力损失小于正三角形排列。研究结果l6为蒸发器设计及幽挹优化提供参考依据。

3、{l关键词：CFD；蒸发器；异型排列；数值模拟ll【Abstract】Theevaporatorinrefrrationequipmenthasbeenappliedwidely，andthehydrodynamicljbehavioroftheshell-sidefluidhass~ificanteffectsontheevaporatingperformo~eofevaporator．e{l2Dshell-sidechannelmodelsoftheevaporatorwithdiferentarrayoftubebund

4、lesweresetupbyGambiti{so~wtlre．TheNumericalSimulationsonfluidflowinshell-sidechannelwerecalculatedbyFluents一；6ware．Theanalysismsuhsindicatethatirregulartubebundlesarrangementisbeneficia1．torshell-side6；flowtocontactwiththeheattransfersurfacethansquareandturnangleequ

5、ilateral，andthepressuref0ss；linshell-sideflowoftheirregulartubebundlesarrangementislowerthanequilateraltriangular．Results；lobtainedinthispaperCanprovidereferencevaluesfor￡kevaporatordesignandpereoptimization．16Keywords：CFD；Evaporator；Irregulararrangement；Numericalsi

6、mulation{il。中图分类号：TH12文献标识码：A蒸发器作为一种通过制冷剂相变来实现传热的换热器，因其发器管束排列具有左右对称性，在建立模型时取其一半进行建模，高效换热的特性得以在低温、制冷、石油、化工等行业广泛使用。为采用前处理软件Gambit建立简化后的几何形式，如图1所示。了更好地满足工业技术发展对蒸发器提出的要求，人们对蒸发器进行了～些的实验研究。但是由于蒸发器几何结构较为复杂，流体流动影响因素较多，实验研究较为困难且成本较高。随着计算机技术不断提高及计算流体力学蓬勃发展，数值模拟方法成为研究蒸发器性能的重要手

7、段。国内外研究者已对换热器壳程内流体流动和传热以及管束支撑对流场和传热的影响等进行了数值模拟研究。本文针对一台管束异型排列方式的制冷装置蒸发器，借用商业软件Flu—ent，对蒸发器内流体在壳程通道内流动晴况进行数值模拟，对比研究管束异型排列方式与其它标准排列方式下流体在壳程通道内的)oooooooOol、．a，c口D1、流动状况，为该系列蒸发器设计及性能优化提供依据。焱)；88器昭8器OIlt懿骥}l~OOOO1计算模型’}III§l§3§88／oo黧o0口’o—croOOOOOOtSOOO~／／1．1物理模型由于蒸发器壳程流

8、体通道结构较为复杂，为了较好地讨论流体在通道内的流动情况，需要对壳程流体通道结构进行一定简(d)正方形(e)转角正方形化。蒸发器管程由4管程组成，自下而上分别为第1、2,3、4管程，图1换热管排列方式其换热管尺寸为25．4mm，蒸发器简体尺寸为qg835mm。由于蒸为保证模型