论文部分内容阅读
管壳式换热器是石油、化工等行业生产中的重要热力设备,具有稳定性强、耐高温高压、运维简单等特点。传统的弓形折流板换热器壳侧流体在流动过程中存在三角换热死区以及横向压差大等弊端,深入研究换热器换热过程以及设计新型换热器结构来增大换热器换热效率对提高工业生产力,减少能源消耗量有着深远的发展意义。本文提出一种锥形孔折流板管壳式换热器,利用CFD软件对比模拟出锥形孔折流板换热器与弓形折流板换热器在不同工况下壳侧流体的流场、温度场、压力场变化,并比较两者的综合性能的优劣性;在此基础上探究折流板结构中不同锥形孔流通体积比、锥形孔收缩角、折流板间距以及数量与换热器壳侧压降、传热系数及综合性能的关系。本文的研究内容和结论如下:(1)提出一种新型锥形孔折流板结构的管壳式换热器,锥形孔折流板是在整圆形折流板上打上锥形渐缩小孔,换热管束与折流板紧密贴合,壳侧流体从锥形渐缩小孔通过,在壳体呈纵向流动。(2)为了更好的理解锥形孔折流板换热器壳程流动和传热机理,首先通过数值模拟分析法研究单锥形孔射流以及双锥形孔射流的速度衰减分布、摩擦系数分布以及管壁表面传热系数的分布特点,并揭示了锥形孔与换热管束中心间距对管壁表面摩擦系数与传热系数的影响。(3)与弓形折流板换热器相比,锥形孔折流板换热器壳侧流场呈纵向阶梯射流状分布,且无明显的流动死区。当壳侧流体经过锥形孔折流板时,流体由锥形穿过,产生一定流速的射流流体,射流流体的纵向冲刷作用使流体湍流作用增强。本文研究中,当壳程流体入口流量大于1.96kg/s时,锥形孔折流板换热器综合性能较弓形折流板换热器更出色。(4)锥形孔折流板换热器壳程压降和换热系数均与锥形孔流通体积比大小成反比,换热器综合性能/ph(35)随着锥形孔流通体积比的增大而提高,锥形孔流通体积比为20.3%时,换热器综合性能较好。锥形孔折流板换热器壳程压降随着锥形孔收缩角的增大也逐渐增大,但是壳程换热系数不随锥形孔收缩角的增大而单调变化。锥形孔收缩角为31时,换热器综合性能较好。锥形孔折流板换热器壳侧压降与换热系数均随锥形孔折流板间距的增大而单调下降,换热器综合性能/ph(35)随着锥形孔折流板间距的增大单调升高,锥形孔折流板间距为250mm时换热器综合性能较好。换热器壳程压降和传热系数均与锥形孔折流板数量成正比,折流板数量为三块时换热器综合性能/ph(35)较好。