FLUENT軟件模擬管殼式換熱器殼程三維流場(chǎng)

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1、54FLUENT軟件模擬管殼式換熱器殼程三維流場(chǎng)FLUENT軟件模擬管殼式換熱器殼程三維流場(chǎng)3劉利平黃萬(wàn)年(鄭州大學(xué)化工學(xué)院)摘要基于各向異性多孔介質(zhì)與分布阻力模型、修正k-E模型和壁面函數(shù)法,對(duì)普通管殼式換熱器殼程流體的流動(dòng)與傳熱,利用FLUENT軟件進(jìn)行了三維數(shù)值模擬。計(jì)算了不同流體初速下,管殼式換熱器殼程的速度場(chǎng)、溫度場(chǎng)和壓力場(chǎng),計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況相符,得到了有參考價(jià)值的結(jié)論。關(guān)鍵詞管殼式換熱器數(shù)值模擬FLUENT多孔介質(zhì)分布阻力模型0前言1模擬模型數(shù)值模擬是換熱器研究的一種重要手段。111計(jì)算模型應(yīng)用計(jì)算流體力學(xué)模擬管殼式換熱器無(wú)相變殼管殼式換熱器

2、殼程流場(chǎng)數(shù)值計(jì)算,采用了程流場(chǎng),由Patankar與Spalding在1974年最多孔介質(zhì)與分布阻力模型。由于換熱器殼程結(jié)[1]早提出。但由于受到當(dāng)時(shí)計(jì)算機(jī)與計(jì)算流體構(gòu)復(fù)雜以及流動(dòng)形態(tài)多樣化,使得影響流體流力學(xué)的條件限制,研究進(jìn)展緩慢。20世紀(jì)80年動(dòng)和傳熱的因素多,相對(duì)于管程而言,殼程流代,由于核電廠換熱設(shè)備的大型化、高參數(shù)化體的數(shù)值模擬復(fù)雜,特別是具有復(fù)雜折流板結(jié)[2,3]發(fā)展,促進(jìn)了換熱器數(shù)值模擬研究的開展。構(gòu)的情況,更為如此。對(duì)于普通折流板換熱器,關(guān)于國(guó)內(nèi)外的換熱器數(shù)值模擬研究,采用二維殼程流體時(shí)而垂直于管束,時(shí)而平行于管束,還研究的較多,而在三維

3、研究方面,又通常采用有一部分流體從折流板與管子之間的間隙中泄[4,5]自己編程的方法。利用FLUENT軟件,模漏,同時(shí)管內(nèi)流體與管外流體的熱交換耦合在擬管殼式換熱器殼程三維流場(chǎng),本文進(jìn)行了有一起,因此進(jìn)行管殼式換熱器殼程流場(chǎng)的數(shù)值益的探索。模擬,需要采用多孔介質(zhì)與分布阻力模型來(lái)簡(jiǎn)FLUENT是世界領(lǐng)先、應(yīng)用廣泛的CFD化計(jì)算。分布阻力是考慮換熱管固體表面對(duì)流軟件,用于計(jì)算流體流動(dòng)和傳熱問題。FLU2體流動(dòng)所造成的動(dòng)量損失。ENT軟件是基于CFD軟件群的思想,從用戶根據(jù)多孔介質(zhì)模型與分布阻力模型,可建需求的角度出發(fā),針對(duì)各種復(fù)雜流動(dòng)的物理現(xiàn)立三維圓柱坐標(biāo)系中

4、流場(chǎng)與溫度場(chǎng)的控制方[6]象,采用不同的離散格式和數(shù)值方法,使得特程。此外,還可建立控制方程組的邊界條件:定領(lǐng)域內(nèi)的計(jì)算速度、穩(wěn)定性和精度等達(dá)到最(1)換熱器入口流體的焓值(溫度);(2)殼程佳組合,從而高效率地解決各個(gè)領(lǐng)域的復(fù)雜流流體進(jìn)口截面的速度分布;(3)殼體的熱邊界動(dòng)計(jì)算問題。條件(一般處理為絕熱);(4)換熱器出口,一3劉利平,女,1965年6月生,副教授。鄭州市,450002。《化工裝備技術(shù)》第27卷第3期2006年55般可取局部單向化條件。模型時(shí),湍流粘性系數(shù)的取值,參考有關(guān)文獻(xiàn)112幾何模型選取。幾何模型采用普通管殼式換熱器,單管程、(3)

5、設(shè)置邊界條件設(shè)置流體入口邊界條單殼程和弓形折流板,其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖1所示,件、出口邊界條件和殼體壁面的邊界條件。換熱器的幾何參數(shù)列表1。(4)設(shè)置監(jiān)視器及迭代計(jì)算取不同的初速,開始迭代計(jì)算,在迭代130～150次時(shí),計(jì)算收斂,分析其殘差曲線。2結(jié)果與討論211模擬結(jié)果圖1管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)(1)壓力場(chǎng)分別模擬了不同初速的殼程流體壓力場(chǎng),其中,初速為5m?s的壓力場(chǎng)分布表1換熱器的幾何參數(shù)如圖2所示。參數(shù)取值參數(shù)取值殼體直徑?mm800換熱管長(zhǎng)度?mm4000折流板塊數(shù)?塊6殼程進(jìn)出口接管直徑?mm300換熱管數(shù)量?根25換熱管直徑?mm57113GAMBIT

6、網(wǎng)格模型(1)確定求解器選擇用于進(jìn)行CFD計(jì)算的求解器,為Fluent?Fluent5。(2)創(chuàng)建換熱器模型及劃分網(wǎng)格利用[7]GAMBIT創(chuàng)建管殼式換熱器的網(wǎng)格模型,即圖2壓力分布圖根據(jù)表1的幾何參數(shù)繪制出換熱器幾何體,并在GAMBIT中創(chuàng)建三維物理模型,劃分網(wǎng)格(2)速度矢量場(chǎng)分別模擬了不同初速的的間距為1mm。殼程流體速度矢量場(chǎng),其中,初速為5m?s的速(3)定義邊界類型在此模型中的邊界度矢量場(chǎng)如圖3所示。類型有四種:進(jìn)口(inlet)、出口(outlet)、管壁(gwall)以及殼壁(qwall)。(4)輸出網(wǎng)格文件選擇File?Export?Me

7、sh,輸入文件的路徑和名稱。(5)流體的物理參數(shù)殼程介質(zhì)為水。常壓;流體初速分別取0m?s、3m?s、5m?s及10m?s;流體進(jìn)口溫度360K,流體出口溫度320K;管壁溫度300K。114求解模型圖3速度矢量場(chǎng)(1)建立求解模型利用Fluent軟件進(jìn)行數(shù)值模擬。求解的條件采用Segregated(非耦合(3)速度矢量場(chǎng)的溫度分布分別模擬了求解法)、Implicit(隱式算法)、3D(三維空間)、不同初速下殼程流體速度矢量場(chǎng)的溫度分布,Steady(定常流動(dòng))、Absolute(絕對(duì)速度)。其中,初速為5m?s時(shí)速度矢量場(chǎng)的溫度分布(2)設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)k-E湍

8、流模型采用k-E如圖4所示。56FLUENT軟件模擬管殼式換熱器殼