<rt id="qokge"><optgroup id="qokge"></optgroup></rt>
<rt id="qokge"><optgroup id="qokge"></optgroup></rt>
<rt id="qokge"><optgroup id="qokge"></optgroup></rt><rt id="qokge"><optgroup id="qokge"></optgroup></rt> <tr id="qokge"></tr>
<rt id="qokge"></rt>
哈雷釬焊板式換熱器
專業生產:換熱器;分水器;過水熱;冷卻器
新聞動態

新型板殼式換熱器殼程流動與換熱的數值模擬

點擊:1940 日期:[ 2014-04-26 21:14:13 ]
                  新型板殼式換熱器殼程流動與換熱的數值模擬                              陳武濱,江楠             (華南理工大學化工機械與安全工程研究所,廣東廣州510640)     摘要:提出一種新型的板殼式換熱器,建立2種不同板束截面形式的換熱器模型,利用FLUENT軟件對殼程流體的流動和換熱進行數值模擬,從多個方面對板殼式換熱器殼程湍流流動與強化傳熱進行了探討。模擬結果表明,由于換熱板片特殊的蜂窩結構,靠近板片壁面的流體產生了明顯的周期性波浪式流動,這種流動加劇了流體的湍流強度及邊界層的擾動,起到了殼程強化傳熱的效果。對于2種不同截面形式的換熱器,圓形截面形式的換熱器殼程空間利用率較高,流體流動充分,熱交換效果更好,在同流量下,其殼程對流換熱系數比方形截面形式的高35%—40%,壓降高17%—19%,單位壓降下的殼程對流換熱系數高15%—19%。該數值模擬結果對板殼式換熱器的研究具有一定的理論意義和工程實用價值。     關鍵詞:板殼式換熱器;蜂窩板;數值模擬     中圖分類號:TQ 051.5文獻標識碼:A文章編號:1005-9954(2012)01-0030-05     板的制造工藝比圓管制造工藝簡單,成本較低,在中、低壓力范圍的應用中,板已呈現替代管的趨勢,尤其是在需要采用不銹鋼等貴重材料的場合。板殼式換熱器作為一種新型高效的換熱設備,以板代替管作為換熱元件,既具有板式換熱器傳熱面積大、傳熱效率高、結構緊湊、質量輕的優點,同時又繼承了管殼式換熱器承高壓及耐高溫、密封性能好、安全可靠等優點[1],在熱交換設備領域的應用中有相當寬廣的發展空間。     板殼式換熱器的制造關鍵在于換熱板的制造,傳統的換熱板是將冷壓成形的成對板條的接觸處嚴密地焊接在一起,構成一個包含多個流道的板管,由于板的制造工藝不相同,板的結構形式也呈現多樣化,目前國內文獻對板殼式換熱器的研究比較有限[2-4],大多僅局限在結構特點的介紹,對流體的流動和換熱狀態卻沒有進行詳盡的表述。     本文利用FLUENT軟件,以蜂窩板作為換熱板束建立三維模型,對2種不同板束截面形式的板殼式換熱器殼程流動和換熱進行數值模擬。     1·換熱器數值模擬模型     1.1物理模型     圖1所示是一種新型的換熱板,由于采用特殊的蜂窩結構,換熱面積大且板內形成了復雜緊湊的流道,流體于板內流動時流速增加并不斷碰撞蜂窩點,促進擾流作用的產生,增強了強化傳熱效果[5]。                  換熱器模型采用2種不同的板束截面形式,方形和圓形。幾何參數見表1。圖2(a)所示的板殼式換熱器采用方形截面形式,由等寬度的換熱板拼合而成,板束周圍設置若干塊弓形折流板;圖2(b)所示的圓形截面形式采用不等寬度的換熱板拼合而成,其換熱面積可增加2.5%—3.5%,板束上下設置若干塊半環形折流板。蜂窩板結構為蜂窩高度H=10 mm,蜂窩間距L=50 mm,焊點直徑D=15 mm。                             1.2數學模型     本文結合板殼式換熱器殼程流體的流動和換熱特點,對流經殼程的流體進行如下假設:①流體為不可壓縮流體即牛頓流體;②忽略流體流動時的黏性耗散作用所產生的熱效應;③忽略流體重力的影響,并且假定流體的物性不隨溫度變化。流體控制方程求解的主要變量的控制方程表示成如下通用形式[6]:     div(ρUφ)=div(Γφgradφ)+Sφ(1)     式中:ρ為密度;流體的速度矢量U在3個坐標上的分量分別為u,v,w;φ為通用變量,可以代表u,v,w,T等求解變量,T為流體溫度;Γφ為廣義擴散系數;Sφ為廣義源項。     1.3邊界條件與計算模型     由于模型在幾何結構、載荷及換熱條件上存在對稱性,建模時取相對稱的半個實體,采用非結構性網格劃分,考慮網格相關性的影響,取網格數量為200萬左右。殼程流體為水,定義入口處為速度入口邊界,給定入口速度、湍流值、水力直徑和溫度條件,入口溫度為350 K;定義出口處為壓力出口邊界,給定靜壓和適當的回流條件;定義蜂窩板壁面為恒定壁溫壁面邊界,壁面溫度為293 K;其他各面均定義為不可滲透,無滑移絕熱邊界條件。     應用控制容積法及非耦合穩態隱式格式求解控制方程組,采用標準k-ε湍流模型及壁面函數法計算傳熱和流動情況[6]。壓力和速度的耦合采用SIMPLEC算法,對流項采用二階迎風格式[7-8],定義收斂條件除了能量計算殘差絕對值小于1×10-6外,其余均為1×10-4。     2·數值模擬結果     2.1殼程流動分析     圖3為2種截面形式換熱器殼程軸向截面局部速度矢量圖,以方形截面換熱器為例,從圖中可以清楚看出殼程流體在2個板片之間的流動情況。由于板片特殊的蜂窩結構,在蜂窩點處板壁形成蜂窩狀凹槽,此時2塊相鄰板片之間相對形成一個大的流動空間。殼程流體流進時速度降低,流出時速度增大,使流速總是處于規律性的擾動狀態,增大了熱擴散率,推動了流體的混合。由于撞擊壁面產生的小漩渦不斷沖刷著邊界層,減弱邊界層的形成,起到了一定的強化傳熱作用。另外,板片的蜂窩點按照三角形排列分布,這樣的結構更有利于加強對殼程流體的擾動作用。                  圖4為2種截面形式換熱器殼程軸向截面流體局部質點跡線圖,以方形截面換熱器為例,從圖中可以看出,殼程流體在沿軸線方向流動的同時不斷與凹凸不平的蜂窩壁面相碰撞,在蜂窩壁面的擾流作用下流體的流動方向呈波浪狀態上下波動,其流向和流速都在不斷地變化,這種流動的出現提高殼程流體的湍動強度,從而有效地減薄壁面層流底層的厚度。                   圖5為殼程徑向截面的速度矢量圖,可以看出圖5(b)的速度分布更加復雜,蜂窩壁面的擾流作用更加明顯,形成更多局部小漩渦。在同流量下,環形截面形式的板殼式換熱器比方形截面的流速更高。                   從圖6可以看出,由于圓形截面形式的換熱器,其板束由不同寬度的板片拼合而成,在殼體里面的空間利用率較高,換熱面積較大,因此殼程流體在圖6(b)中的流動比圖6(a)的流動更充分,流動死區更少,熱交換效果更好。另外,2種形式的換熱器其換熱板束周圍均設置了折流板,增加對殼程流體的擾流作用,防止殼程流體直接從空隙中流過而得不到熱交換,從圖6可以看出,板束中間流體受折流板作用影響較小,而板束周圍的流體則受到不同程度的擾流作用。                   圖7為2種形式換熱器的軸向截面溫度云圖,從圖中可以看出,2種形式的換熱器溫度都是沿著軸線方向不斷下降,而板束與殼體壁面之間存在較大的流動空間,此處流體的溫度變化較慢,熱交換效果比板間流體差。對于圓形截面形式的換熱器,其折流板對殼程流體起到較好的擾流效果,每塊折流板處溫度梯度均有較明顯的變化。                  2.2傳熱與阻力性能分析     對2種板殼式換熱器同流量下殼程對流換熱系數和壓降進行對比。由圖8、圖9可見,同流量下圓形截面形式的換熱器殼程對流換熱系數高于方形截面形式的,達到35%—40%,這是由于圓形截面形式的板束所產生的擾流效果明顯,熱交換效果更好,提高殼程對流換熱系數;同流量下圓形截面形式的壓降略高,比方形截面形式的高17%—19%,這是由于圓形截面的板束在殼體里面的空間利用率較高,流動死區更少,流體在殼程中的流動更充分,所受擾流作用更大,從而導致更大的壓降損失。                  2種截面形式的換熱器由于殼程的特殊結構,殼程流體從板與板之間的間隙流過,在蜂窩壁面的擾流作用下,均得到較好的熱交換效果且殼程壓降損失較少,從圖10可以看出,圓形截面形式的換熱器單位壓降下的殼程對流換熱系數較高,比方形截面形式的高15%—19%。     但這2種截面形式的換熱器也存在不足:對于方形截面形式的換熱器,板束與殼程壁面之間存在較大的流動空隙,殼程流體直接從空隙流過而得不到熱交換,大大降低了換熱器的整體換熱性能;對于圓形截面形式的換熱器,雖然換熱效果相對較好,但是其制造加工相對復雜,需要根據殼徑的大小制作不等寬的板片,與管板焊接的難度加大。     3·結語     (1)通過對板殼式換熱器2種不同截面形式的殼程流體湍流流動和換熱進行三維數值模擬,揭示了殼程流體的流動機理,并對流體的流動和換熱狀態進行表述。     (2)由于蜂窩板結構的周期性,靠近板片壁面的流體產生了明顯的周期性波浪式流動,加強了板片近壁面處流體的擾動,增大了熱擴散率,推動了流體的混合,這種流動加劇了流體的湍流強度及邊界層的擾動,起到了殼程強化傳熱的效果。     (3)由模擬結果可以看出,圓形截面形式的換熱器在殼體里面的空間利用率較高、換熱面積較大、流動更充分、熱交換效果更好;在同流量下,其殼程對流換熱系數比方形截面形式的高35%—40%,壓降高17%—19%,單位壓降下的殼程對流換熱系數高15%—19%。 參考文獻: [1]史秀麗,張宏峰.板殼式換熱器發展現狀及優越性[J].化學工程師,2006,20(2):30-31. [2]陳亞平,徐禮華,周強泰.一種新型板殼式換熱器[J].石油化工設備,2000,29(6):29-30. [3]周志強.BR型板殼式換熱器結構特點和應用分析[J].化工設備設計,1999,36(5):27-28. [4]趙建春,王志坤,張昕,等.大型焊接板殼式換熱器在重整裝置中的應用[J].石油化工設備,2005,34(3):51-53. [5]丁昌勇,尹俠.蜂窩夾套在薄膜蒸發器上的應用[J].糧油加工與食品機械,2006(2):72-74. [6]陶文銓.數值傳熱學[M].西安:西安交通大學出版社,2001. [7]王福軍.計算流體動力學分析CFD軟件原理與應用[M].北京:清華大學出版社,2004. [8]帕坦卡SV.傳熱與流體流動的數值模擬[M].張政,譯.北京:科學出版社,1984.
上一篇:循環水換熱器泄漏的判斷與處理方法 下一篇:換熱器的選擇使用及強化傳熱

相關資訊

Copyright ?2008 哈雷換熱設備有限公司 All Rights Reserved. 地址:奉化外向科技園西塢金水路 電話:0086-574-88661201 傳真:0086-574-88916955
換熱器 | 板式換熱器 | 釬焊板式換熱器 | 冷卻器 | 分水器 | 地暖分水器 | B3-14B板式換熱器 | 網站地圖 | XML 浙ICP備09009252號 技術支持:眾網千尋
亚洲一区二区在线,亚洲日本在线观看,日韩在线视精品在亚洲,欧美日韩在线视频专区免费