我国北方地区粮食干燥时,与粮食干燥机配套使用的换热器存在的换热效率低,换热量小,烟气分布不均匀等问题,且室外温度低,严重制约着后续粮食干燥生产效率。气相旋转管壳式换热器是一种新型节能环保型换热器,能够解决换热过程中存在的壳程烟气分布不均匀等问题。本文以气相旋转管壳式换热器为研究目标,以冷、热空气为介质对换热器的壳程传热性能进行了试验研究及数值分析。首先,气相旋转管壳式换热器为测试对象,搭建试验台,对气相旋转管壳式换热器进行试验研究。利用多因素单变量试验方法,对壳程的传热性能进行了试验研究,结果表明:雷诺数Re对换热器壳程努塞尔数Nu及壳程压降ΔP影响显著;转速N对换热器壳程努塞尔数Nu影响显著,对壳程压降影响不显著。根据试验数据,建立了壳程努塞尔数Nu方程,确定了换热器最佳换热条件时转速为25r/min,拟合了该转速下努塞尔数Nu关联式。其次,建立气相旋转管壳式换热器数值模型,通过验证试验表明:壳程压降实验值与模拟值相对误差为1.4%~8.9%;努塞尔数Nu相对误差为1.15%~3.06%,验证了数值模型的可靠性。采用数值模拟的方法,分别对动态和静态的换热器进行数值模拟,通过对流速场,温度场压力场进行对比分析,对二者的壳程传热性能进行研究,结果表明:25r/min气相旋转管壳式换热器壳程热空气在旋转外壳的作用下产生扰流,与换热管充分接触,在流体主流方向上,使壳程边界湍流程度增强;与静止状态时相比,换热器三角区域有所改善,解决了静止状态时换热器壳程因螺旋叶片产生的三角区域引发的漏流的问题。最后,利用数值分析的方法,对壳程温度为100℃,流速在2~10m/s时,25r/min和静止状态时的壳程努塞尔数Nu及壳程压降ΔP进行对比分析,引入综合性能PEC做评价指标,结果表明:25r/min换热器壳程努塞尔数Nu较比提高了10%,壳程压降ΔP无显著性变化;壳程综合性能PEC在1.031~1.267之间,既均大于1,说明25r/min时气相旋转管壳式换热器的壳程传热性能优于静态气相旋转管壳式换热器。
