矩形孔板支撑换热器壳程流体单元流道的数值分析.pdf

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1、民营科技2014年第1期科技论坛矩形孔板支撑换热器壳程流体单元流道的数值分析隋勇’戴玉龙(1．沈阳市招标中心，辽宁沈阳110002；2．辽宁轨道交通职业学校，辽宁沈阳110001)摘要：现提出了矩形孔板支撑换热器壳程的单元流道简化模型，应用FLUENT软件对其进行数值分析，得到了矩形孔板换热器壳程单元流道流场、压力场和温度场分布细观信息，并分析改变换热器的两个参数对换热和流体流动。的影响，拟合出相应Nu—R。关系式，为矩形孔板支撑换热器的结构完善和研究强化传热机理奠定了理论基础。关键词：矩形孔板；换热器；单元流道；数值分析1单元流道简化模型色变化不明显，故传热效果较管壁

2、处差。从几何上来看，矩形孔板支撑换热器除了管壁附近区域以外，管3改变折流板跨距对换热器传热及壳程流体阻力的黝向子在壳程中呈对称分布，呈正三角排列，如取四根管子所包围的流体为了分析折流板跨距变化对换热器传热及流体阻力的影响，作流动空间为—个单元流道，则矩形孔板支撑换热器壳程可看作是由多者在其它参数相同的情况下，折流板跨距分别为l~=-50mm、100mm、个均匀分布的平行纵向流道组成的，壳程流体的主流是沿各个“单元150mm进行数值模拟，分别得到了三种情况下的速度、温度、压力云流道”的轴向流动。不规则性的单元流道我们用当量直径的当量流图。在折流板间距相同的固定模型下，设定

3、进口温度相同，进口流速不厅一同的5种情况进行了模拟，得到壳程流体的出口温度、壳程流体进出道代替，则de=4(—1。一—doZ)／,trd。(1)二叶口压力差等参数，即可求出Nu、Re的值，具体求解过程见参考文献。式中：】——为相邻两管的中心距，d【广一为换热管外径。利用适当的数据处理软件(Excel、origin等)，绘制出图3所示的Nu—设换黼韧动达到周斯充分发居，即流c4渐-动和Re关系曲线及图4所示的△P—Re关系曲线，根据图3拟合出Nu和换热特陛随着几何结构的周期性变化而呈周期性变化，则可取代表眭Re的准数关系式(Nu=aRe)为：“单元流道”的一个几阿周期长度

4、L作为研究对象。在—个几何周期的Lr=lO0mm：Nu=0．11018Re~误差：a为0．01333；b为0．01727单元流道内设置两块折流板，则矩形孔板支撑换热器壳程单元流道的Lr=150mm：Nu=0．06333Re~69误差：a为0．00862；b为0．01928简化模型如图1所示。图中L为流道『1何周期长度，Lr为折流板跨距。图1矩形孔板支撑换热器壳程单元流道的简化模型2单元流道的数值模拟及分析2．1分析对象数据的给定。设换热管为25×2．5mm，管心距为l=32mm，壳程流体介质为水，初始温度Tin=300K，进口流速为●∞t∞●的伯∞’2坤'埔a'e蚺伯撕

5、tlin=1m／s，换热管内通入550K的饱和水蒸气，即换热管管壁温度取为R●恒值，即Tw=500K，L=100mm，取L=0．2m进行数值分析。图3折流板跨距对Nu数的影响为简化计算，对单元流道内流体的性质和流动状况做以下假设：1)各流道之间流体互不影响；2)忽略壳程进、出口的影响；即流体沿轴向达到周期性充分发展。3)流道的壁面和支撑结构的表面采用无滑移的边界条件；4)流体为不可压缩，且流动为稳态。2．2数值模拟。本文采用Gambit软f寸单元流道的模型进行网格划分、定义其边界条件，将其结果导入CFD(计算流体动力学)软件nu一ent里，对单元流道进行模拟分析。在数值

6、计算中，采用标准k—e湍流模型，用SIMPLE算法，得到数值模拟的结果，速度、温度和压力分布图，为了节省版本，这里只把温度分布图示于图2。3■啪0to~o7㈣融图4折流板跨距对△p的影响从以上我们可以看出，矩形孔板式壳程纵向流换热器在结构参数(如折流板间距等参数)变化的条件下，各自的温度场、速度场及压翳柚··锥la捧¨·力降也各不相同，要想得到最佳参数使得换热器传热效果较好，同时鏊^螬．蝴爨#m阻力损失也较小，是一个系统优化的问题。具体需按工程的要求选择不同换热器的结构参数以确定最佳参数，满足实际生产要求。本文根据矩形孔板支撑换热器的结构特点及流体流动特点，提出了单元流

7、道简化模型计算方法，并对该模型进行了数值模拟计算，图2Lr=-100mm时的单元流道温度分布图得到了单元流道壳程的流速、温度及压力降分布晴况。23结果分析。从图2可以看出，流体在流经矩形孔板后，由于孔板通过数值模拟计算分析了折流板跨距对壳程流体单元流道传热对流体的扰动，流体在经孔板后的部分区域内，图上颜色变化明显，说及流动阻力的影响，从结果中得出，孔板间距对传热及流动阻力的影明在该区域内传热效果好，随着流体流动位置的前移，远离管壁处颜响较大，较小的间距有助于传热，但阻力损失也随之增大。作者简介：隋勇(1976一)，男，辽宁丹东人，工程师，