基于流路分析法的管殼式換熱器數(shù)值模擬研究.pdf

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1、石油和化工設(shè)備-38-論文廣場2017年第20卷基于流路分析法的管殼式換熱器數(shù)值模擬研究聶成磊，王慧淵，歐國勇，李超聯(lián)（中廣核工程設(shè)計有限公司，廣東深圳518057）[摘要]通過對管殼式換熱器的模擬分析，定性地給出了流場中各個流股的份額，清晰地得出了換熱器在不同的折流板切割率和不同間距下?lián)Q熱器的壓降和換熱的性能情況。[關(guān)鍵詞]流路分析；傳熱；流場；數(shù)值模擬管殼式換熱器具有容易制造，生產(chǎn)成本低，部分流體在固定管板和U形管束換熱器中是很小選材范圍廣，清洗方便，適應(yīng)性強，處理量大，的，但對于浮動管箱設(shè)計而言，由于間隙大，這工作可靠，且能適應(yīng)高溫高壓工況的一系列優(yōu)部分流體量也很大。為減

2、少這種旁路流，一般采點，在石油、化工、能源等行業(yè)的應(yīng)用中處于主用密封帶或虛設(shè)管子的辦法。[1]導(dǎo)地位。本文通過某實例介紹了利用HTRI程序E流，與A流相似。由于在隔板與殼側(cè)內(nèi)徑之進(jìn)行管殼式換熱器工藝設(shè)計的過程和方法；基于間存在間隙，所以隔板外徑與殼體內(nèi)徑之間有漏流路分析法通過對換熱器折流板的不同的切割率流。和間距的模擬，獲得管側(cè)和殼側(cè)換熱系數(shù)、各個F流，當(dāng)管束分為幾部分時，分程隔板與管子流股的份額、流速等參數(shù)，通過對比分析獲得最之間的漏流。佳的換熱器設(shè)計參數(shù)。將獲得的管側(cè)和殼側(cè)的傳橫越管束的B流效果最好，A流接近于B流，熱膜系數(shù)的模擬計算結(jié)果與經(jīng)驗公式計算的結(jié)果這是由于它也有效

3、地與管子接觸，C流和F流僅僅進(jìn)行對比，結(jié)果表明模擬分析是正確和可靠的。部分地與管子接觸，而E流則完全不與管子接觸。1換熱器基于流路分析法的HTRI模擬因此它們對換熱的影響排列為B>A>(C、F)>E，所隨著計算機(jī)硬件的升級和計算流體力學(xué)和計以。在制造和設(shè)計換熱器時，應(yīng)該盡量增加B流減算傳熱學(xué)的發(fā)展，數(shù)值模擬分析法得到廣泛的應(yīng)少E流和C、F流。用，美國傳熱公司提出的流路分析法是近年來應(yīng)2換熱器的傳熱計算[2]用廣泛的換熱器流場數(shù)值模擬分析方法之一。流管殼式換熱器的設(shè)計原理早在上世紀(jì)三十年路分析法自Tinker提出流路的概念后，普遍認(rèn)為按代就建立起來。在設(shè)計計算中，最重要的是得到流

4、體的實際分布情況來分析問題最為理想。該方[3]準(zhǔn)確的計算傳熱系數(shù)和壓降的公式。1933年柯法利用Tinker模型的概念提出一個比較直觀的流路爾本首先提出以理想管排數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的準(zhǔn)數(shù)關(guān)系網(wǎng)絡(luò)模擬系統(tǒng)來表達(dá)各流路的情況。Tinker將殼側(cè)式：流動劃分成5個基本流股：A、B、C、E、F。(1)A流，一些流體通過管子與隔板之間的間隙流在此之后，很多學(xué)者對此做了大量研究工過，也稱為漏流。作，基于試驗數(shù)據(jù)得出不同工況下的準(zhǔn)數(shù)關(guān)系B流，這是任意兩個擋板之間掠過管束的流式，其中廣泛使用的關(guān)聯(lián)式為冪函數(shù)形式：動。這股流體與理論分析流體流過管束的狀態(tài)最(2)為接近。設(shè)計的主要任務(wù)是在允許壓降范圍內(nèi)盡

5、量增加B流的比例，這股流體又稱為錯流。3HTRI模擬計算分析C流，一部分流體會從殼體與外層管之間流過，因為它們不通過管束，所以稱為旁路流。這作者簡介：聶成磊（1987—），男，山東臨沂人，碩士研究生，工程師，中廣核工程設(shè)計有限公司職員。第7期聶成磊等基于流路分析法的管殼式換熱器數(shù)值模擬研究-39-下面利用HTRI程序?qū)σ慌_換熱器進(jìn)行模擬計算分析。一臺氣體冷卻器，用設(shè)備冷卻水冷卻不凝氣體及沒有冷凝的蒸汽，設(shè)計輸入?yún)?shù)如表1所示，管程和2殼程中污垢系數(shù)均為0.000088mK/W。表1設(shè)計輸入?yún)?shù)管側(cè)殼側(cè)質(zhì)量流量kg/s1.3kg/s0.019kg/s水蒸汽；0.007kg/s不凝

6、氣體入口溫度℃3895出口溫度℃～4650運行壓力MPa?g0.5-0.8～-0.01至-0.02為便于排出冷凝液，蒸汽走殼程。換熱器形提供尺寸相匹配，蒸汽不凝氣體入口為DN50，其式選NEN。表1中殼側(cè)不凝氣體和水蒸氣流量和進(jìn)他接管均為DN25。出口溫度一定，所以熱量可以確定，換熱管規(guī)格(1)先固定切割率為25%，改變折流板間距，φ14mm×1.0mm×1905mm，換熱管按照正三角弓形折流板間距一般不應(yīng)小于筒體內(nèi)徑的1/5，且形排列，折流板采用單弓形，暫定切割率為25%，不小于50m，相鄰兩塊折流板間距不得大于筒體內(nèi)缺口位置上下排列。進(jìn)出口接管尺寸與管道專業(yè)直徑，據(jù)此計算結(jié)

7、果見表2。表2計算結(jié)果一項目1234折流板間距/mm70778491A流股分率0.0310.0280.0260.023B流股分率0.5330.5430.5520.560C流股分率0.2560.2590.2610.263E流股分率0.0180.1700.1610.154F流股分率0.0000.0000.0000.000-1殼側(cè)流速/m?s0.77～0.770.77～0.770.77～0.770.77～0.77-1錯流流速/m?s0.92～10.311.22～10.111.82～10.032.4