螺旋折流板壳管式换热器的CFD模拟研究

【摘要】: 与传统的弓形折流板换热器相比，螺旋折流板换热器具有良好的换热效果，死区少，壳侧压力低，结垢少，管束少等优点. 并在工程中更广泛地使用. 本文采用计算流体动力学方法对螺旋折流板换热器壳侧的流体流动和传热过程进行仿真，以单位压降传热系数为参数来评价综合性能. 热交换器的. 结果表明，螺旋折流板换热器单位压降的传热系数是弓形折流板换热器的1.3〜1.5倍. 折流板的形状和螺旋角是影响折流板热交换器性能的关键参数. 在螺旋角（10°〜40°）范围内，1/4风扇挡板换热器的每单位压降传热系数最高. 螺旋角对单位压降传热系数影响的研究结果表明，最佳螺旋角应与流体流速相适应. 当流量较小（0.6〜1 kg / s）时，在30°下的整体性能最佳. 当最大为1 kg / s时，最佳的20°和30°螺旋角综合性能. 对双螺旋和单螺旋结构对换热器性能影响的研究结果表明，双螺旋对流体的导流作用增强，在大螺旋角（30°〜40°）时，双螺旋结构不仅可以改善壳侧的传热性能，同时还可以改善热交换器的整体性能. 针对螺旋折流板换热器存在三角形泄漏区域的问题，提出了在双螺旋结构的基础上增加一组菱形折流板的新型折流板形式，仿真结果表明: 该结构可以完全避免更换加热器内部的流体短路. 新结构易于加工和制造，并且便于工程实施. 使用Lee模型对冷凝过程进行仿真的结果表明，当流量较小时，冷凝量比理论计算值低约20％. 随着流量的增加，偏差会更大. 通过分析发现，上述预测失真的主要原因是CFD无法考虑冷凝过程对冷凝器管壁表面传热的强化作用. 冷凝传热系数的预测值接近单相传热过程的结果. 这限制了传热过程中的热通量，进而影响了冷凝的预测. 本文提出了一种结合Fluent和HTRI的定制方法汽车冷凝器折流板作用，以研究不同入口流量对冷凝器速度场和液相分布的影响. 结果表明汽车冷凝器折流板作用，当流量较小时，液相将在冷凝器壳侧的底部积聚，从而导致该区域的流速较小. 随着流速的增加，液相将与气相螺旋流动，并在冷凝器壳侧底部积聚. 液体逐渐向前移动并聚集在冷凝器出口附近. 仿真结果为螺旋折流板换热器的放大设计提供了理论依据，而冷凝过程的模拟方法可以为以后的研究工作提供参考.

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