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借助CFD模拟软件Fluent对纵向多螺旋流换热器进行了系统的模拟研究。该换热器采用螺旋扭片作为管束间插入物,使得壳程流体在换热管管隙间形成了多股纵向自螺旋流。螺旋流动能有效地提高传热温差和通道中的速度梯度,使传热性能有较大的提高。另外,作者也对螺旋折流板换热器进行了模拟研究,并把模拟结果与纵向多螺旋流换热器模拟结果做了比较。
文中为了研究换热器壳程强化传热的规律,以热水-冷水为介质,对换热器传热性能及阻力特性进行了模拟研究。主要工作包括:
1.利用建模软件Pro/E,建立了螺旋扭片不同尺寸L、d组合下的纵向多螺旋流换热器模型,以及不同螺旋节距L对应下的螺旋折流板换热器模型。
2.利用Fluent软件,对纵向多螺旋流换热器以及螺旋折流板换热器的传热性能及阻力特性进行了模拟研究,并将纵向多螺旋流换热器模拟结果与实验结果做了比较。
3.根据模拟结果,回归了传热性能和流阻性能关联式。采用单位压降下壳程传热性能评价方法对纵向多螺旋流换热器和螺旋折流板换热器进行了评价,所得结论如下:
①.对纵向多螺旋流换热器来说:一般扭片节距L越小,换热器壳程传热膜系数越大。
②.扭片开小孔并不能有效地起到强化传热的作用,只有d尺寸比较大时,对应纵向多螺旋流换热器传热效果比较理想,且与没有开孔的相差不多。
③.在相同的节距中,开孔越大,压降越大。但节距超过160后,则有开孔越大,压降越小的趋势,不开孔时压降最大。
④.扭片开孔d小于6时,扭片节距越大,压降越大,而在孔径d超过6时下,扭片节距越小,压降越大。
⑤.d=0时,L=140时的综合强化传热性能最好; L=100的次之。并且,在所模拟的雷诺数范围内,二者综合强化传热性能变化趋势平缓。而对于开孔扭片来说,随着雷诺数的增大,综合传热性能都出现了急剧下降。
⑥.对纵向多螺旋流换热器来说,其综合强化传热性能模拟值要比实验值大一些。总体来说,二者误差平均值基本都在15%以内。
⑦.对于纵向多螺旋流换热器,其单位压降下的壳程传热膜系数大约是螺旋折流板换热器的1~5倍左右,是弓型折流板换热器单位压降下壳程传热膜系数的3~11倍左右。