管壳式换热器壳程流动与传热的研究

换热器是一种能够实现热量交换的设备，在众多的工业领域上都有非常广泛的应用。换热器传热效率的高低将直接影响企业的生产效益，因此研究管壳式换热器壳程流动与传热问题显得尤为重要。换热器整体结构较为复杂，壳程流体的流动状态更是变化不定，运用实验的方法对其进行研究难度较大，既不易进行操作和观察，同时经济成本也较高，因此运用计算机软件来模拟换热器壳程流体流动与传热特性越来越具有实用价值。本文运用计算流体力学软件FLUENT对传统管壳式换热器进行数值模拟，通过改变换热管束的排列方式和换热器壳程内部结构，来研究壳程流体的流动状态与传热特性。首先对换热器的壳程结构进行分析，受计算机硬件条件限制，在不影响计算结果的条件下，简化换热器的结构，运用Gambit软件建立换热器几何模型。在相同换热器外部尺寸条件下，对换热管束四种不同排列方式的换热器模型进行数值模拟分析，得出四种不同排列方式下壳程流体的速度矢量场、压力场、温度场。通过云图分析得出正三角形排列结构紧凑，流体扰流换热管，温升最快，换热效果最好，但压降也最大；正方形排列整齐，换热效果较差，但压降也相对较低。通过改变换热器折流板间距、折流板窗口圆缺高度以及折流板厚度来对换热器进行数值模拟，得到不同折流板间距和高度下的速度矢量场、压力场、温度场云图，并得到换热器壳程进出口压降、壳程换热系数、换热器性能系数等随折流板间距或壳程流速变化的曲线图。模拟所得结论与参考文献的理论和实验吻合较好。