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1、民營科技2014年第1期科技論壇矩形孔板支撐換熱器殼程流體單元流道的數(shù)值分析隋勇’戴玉龍(1．沈陽市招標(biāo)中心，遼寧沈陽110002；2．遼寧軌道交通職業(yè)學(xué)校，遼寧沈陽110001)摘要：現(xiàn)提出了矩形孔板支撐換熱器殼程的單元流道簡化模型，應(yīng)用FLUENT軟件對其進(jìn)行數(shù)值分析，得到了矩形孔板換熱器殼程單元流道流場、壓力場和溫度場分布細(xì)觀信息，并分析改變換熱器的兩個參數(shù)對換熱和流體流動。的影響，擬合出相應(yīng)Nu—R。關(guān)系式，為矩形孔板支撐換熱器的結(jié)構(gòu)完善和研究強(qiáng)化傳熱機(jī)理奠定了理論基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞：矩形孔板；換熱器；單元流道；數(shù)值分析1單元流道簡化模型色變化不明顯，故傳熱效果較管壁
2、處差。從幾何上來看，矩形孔板支撐換熱器除了管壁附近區(qū)域以外，管3改變折流板跨距對換熱器傳熱及殼程流體阻力的黝向子在殼程中呈對稱分布，呈正三角排列，如取四根管子所包圍的流體為了分析折流板跨距變化對換熱器傳熱及流體阻力的影響，作流動空間為—個單元流道，則矩形孔板支撐換熱器殼程可看作是由多者在其它參數(shù)相同的情況下，折流板跨距分別為l~=-50mm、100mm、個均勻分布的平行縱向流道組成的，殼程流體的主流是沿各個“單元150mm進(jìn)行數(shù)值模擬，分別得到了三種情況下的速度、溫度、壓力云流道”的軸向流動。不規(guī)則性的單元流道我們用當(dāng)量直徑的當(dāng)量流圖。在折流板間距相同的固定模型下，設(shè)定
3、進(jìn)口溫度相同，進(jìn)口流速不廳一同的5種情況進(jìn)行了模擬，得到殼程流體的出口溫度、殼程流體進(jìn)出道代替，則de=4(—1。一—doZ)／,trd。(1)二葉口壓力差等參數(shù)，即可求出Nu、Re的值，具體求解過程見參考文獻(xiàn)。式中：】——為相鄰兩管的中心距，d【廣一為換熱管外徑。利用適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù)處理軟件(Excel、origin等)，繪制出圖3所示的Nu—設(shè)換黼韌動達(dá)到周斯充分發(fā)居，即流c4漸-動和Re關(guān)系曲線及圖4所示的△P—Re關(guān)系曲線，根據(jù)圖3擬合出Nu和換熱特陛隨著幾何結(jié)構(gòu)的周期性變化而呈周期性變化，則可取代表眭Re的準(zhǔn)數(shù)關(guān)系式(Nu=aRe)為：“單元流道”的一個幾阿周期長度
4、L作為研究對象。在—個幾何周期的Lr=lO0mm：Nu=0．11018Re~誤差：a為0．01333；b為0．01727單元流道內(nèi)設(shè)置兩塊折流板，則矩形孔板支撐換熱器殼程單元流道的Lr=150mm：Nu=0．06333Re~69誤差：a為0．00862；b為0．01928簡化模型如圖1所示。圖中L為流道『1何周期長度，Lr為折流板跨距。圖1矩形孔板支撐換熱器殼程單元流道的簡化模型2單元流道的數(shù)值模擬及分析2．1分析對象數(shù)據(jù)的給定。設(shè)換熱管為25×2．5mm，管心距為l=32mm，殼程流體介質(zhì)為水，初始溫度Tin=300K，進(jìn)口流速為●∞t∞●的伯∞’2坤'埔a'e蚺伯撕
5、tlin=1m／s，換熱管內(nèi)通入550K的飽和水蒸氣，即換熱管管壁溫度取為R●恒值，即Tw=500K，L=100mm，取L=0．2m進(jìn)行數(shù)值分析。圖3折流板跨距對Nu數(shù)的影響為簡化計算，對單元流道內(nèi)流體的性質(zhì)和流動狀況做以下假設(shè)：1)各流道之間流體互不影響；2)忽略殼程進(jìn)、出口的影響；即流體沿軸向達(dá)到周期性充分發(fā)展。3)流道的壁面和支撐結(jié)構(gòu)的表面采用無滑移的邊界條件；4)流體為不可壓縮，且流動為穩(wěn)態(tài)。2．2數(shù)值模擬。本文采用Gambit軟f寸單元流道的模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分、定義其邊界條件，將其結(jié)果導(dǎo)入CFD(計算流體動力學(xué))軟件nu一ent里，對單元流道進(jìn)行模擬分析。在數(shù)值
6、計算中，采用標(biāo)準(zhǔn)k—e湍流模型，用SIMPLE算法，得到數(shù)值模擬的結(jié)果，速度、溫度和壓力分布圖，為了節(jié)省版本，這里只把溫度分布圖示于圖2。3■啪0to~o7㈣融圖4折流板跨距對△p的影響從以上我們可以看出，矩形孔板式殼程縱向流換熱器在結(jié)構(gòu)參數(shù)(如折流板間距等參數(shù))變化的條件下，各自的溫度場、速度場及壓翳柚··錐la捧¨·力降也各不相同，要想得到最佳參數(shù)使得換熱器傳熱效果較好，同時鏊^螬．蝴爨#m阻力損失也較小，是一個系統(tǒng)優(yōu)化的問題。具體需按工程的要求選擇不同換熱器的結(jié)構(gòu)參數(shù)以確定最佳參數(shù)，滿足實際生產(chǎn)要求。本文根據(jù)矩形孔板支撐換熱器的結(jié)構(gòu)特點及流體流動特點，提出了單元流
7、道簡化模型計算方法，并對該模型進(jìn)行了數(shù)值模擬計算，圖2Lr=-100mm時的單元流道溫度分布圖得到了單元流道殼程的流速、溫度及壓力降分布晴況。23結(jié)果分析。從圖2可以看出，流體在流經(jīng)矩形孔板后，由于孔板通過數(shù)值模擬計算分析了折流板跨距對殼程流體單元流道傳熱對流體的擾動，流體在經(jīng)孔板后的部分區(qū)域內(nèi)，圖上顏色變化明顯，說及流動阻力的影響，從結(jié)果中得出，孔板間距對傳熱及流動阻力的影明在該區(qū)域內(nèi)傳熱效果好，隨著流體流動位置的前移，遠(yuǎn)離管壁處顏響較大，較小的間距有助于傳熱，但阻力損失也隨之增大。作者簡介：隋勇(1976一)，男，遼寧丹東人，工程師，
