周期性模型在管壳式换热器数值模拟中的应用.pdf

第 23 卷第 1 期热能动力工程 Vol. 23 ,No. 1
2008 年 1 月 JOURNAL OF ENGINEERING FOR THERMAL ENERGY AND POWER Jan. ,2008
文章编号:1001 - 2060 (2008) 01 - 0064 - 05
周期性模型在管壳式换热器数值模拟中的应用
古新,董其伍,刘敏珊
(郑州大学热能工程研究中心,河南郑州 450002)
摘要:根据管壳式换热器的结构特点,提出了周期性全截特性至关重要。
面计算模型用于其流场和温度场的数值模拟。采用该模型
的计算结果与壳程整体模型的计算结果对比,误差在 10 % 1 管壳式换热器数值模拟的建模形式及其
以内证明了该模型的合理性和模拟结果的正确性为实现
, , 适用性
具有复杂壳程结构的管壳式换热器的数值模拟提供了一种
新方法。基于周期性全截面模型的计算结果,提出了对折流目前,主要的管壳式换热器数值模拟建模形式
杆换热器周期性单元流道模型的修正算法,改进和完善了周有以下 3 种。
期性单元流道模型的实用性和适用性。 1. 1 多孔介质模型
关键词:管壳式换热器;周期性;计算模型;数值模拟;修管壳式换热器的数值模拟大多采用多孔介质模
正算法型来处理管束及支撑装置等固体物对壳程流体流动
[2~6 ]
中图分类号:TK124 文献标识码:A 和传热性能的影响。将壳程的管、挡板、隔板等
视为多孔介质,引入分布阻力的概念,采用体积多孔
引言度表示流体占有空间与壳程整体空间的比值,采用
表面渗透率表示管束多孔度的表面特性,易于从宏
高效节能过程装备及其现代设计研究方法的开观上模拟换热器的流体流动和传热性能。
发是当今工程节能的重要手段。重大过程装备- 换采用多孔介质模型过于简化了换热器的内部结
热设备广泛用于石油、化工、化肥、动力、冶金、原子构,模拟结果并不能准确反映局部区域的真实流动
能、航空航天等国家基础和支柱产业中,是诸多工业和传热状况等详细信息,而且部分重要输入参数与
部门中广泛使用的一种通用设备,其强化传热及相关换热器的结构形式、几何尺寸和流经的介质有关。
性能的优劣对于工业过程节能降耗具有重要影响。通常,通过实验确定参数,若根据经验来确定这些参
管壳式换热器是目前国内外换热设备的主要结数,不易确保数值模拟的准确性。故在使用范围上
构形式。采用数值模拟方法对换热设备进行性能研有局限,尤其是进行新型壳程支撑结构的流场局部
究与新型高效换热设备的开发,已经成为当今换热细节的流态分布和强化传热机理研究时,往往难以
设备研究的一个重要方面。数值模拟具有费用低、应对。
速度快、重复性好、能模拟较复杂或较理想工况下的 1. 2 实体模型
流动现象和流动特性等优点,还可观察不同操作参文献[7 ]与目前换热器数值模拟中常用的多孔
数对求解问题的影响,获得所有相关变量的详细信介质模型不同,在作出相应简化和假设后,采用了实
息以及潜在的物理过程等,可以弥补理论分析和实体模型对纵向流换热器的流动和传热特性进行了数
验测量方法的不足[1 ] 。值模拟,定性分析了纵向流换热器的传热与流动特
管壳式换热器内零部件繁多,几何结构和流动性,但未给出实验验证用以考核网格划分