螺旋折流板换热器数值模拟及入口结构改进研究

　　连续性方程：动量方程：其它少变量方程：对该换热器进行模拟时采用的控制方程主要有：螺旋折流板换热器壳程内部流场是一个螺旋式流动，虽然其中的机理很复杂，但基本上应归于旋流对雷诺应力的影响，这种影响提高了法向应力的各向异性。而雷诺应力模型（RSM）能成功捕捉螺旋流的特性，反映流场的变化，本文模拟时就采用雷诺应力（RSM）湍流模型。

　　3常规螺旋折流板换热器的数值模拟与模型验证本文所模拟的对象是一个卧式的螺旋折流板换热器：全长2900mm，壳侧走热水，冷水通过管程，壳侧内径为少252mm，管程由44根少19mmX2mm10钢管组成，管长约为2500mm.管子采用正方形排列，管孔的中心距为25mm.折流板采用单螺旋，整个换热器是逆流式换热，整体形状见。模拟的过程中不考虑重力的影响，折流板倾斜角度为35°。壳程进口水流量分别为10、12、14、16、18、20、表示的是通过数值模拟和。

　　在此基础上，对改进后的换热器进行壳程进口水流量分别为10、12、14、16、18、20、22m3-h-1七种情况时的模拟。由于研究的重点是壳侧流体入口结构对入口压降的影响，因此可以不考虑换热，只考虑壳侧流体的流动情况。模拟采用与流体流入与壳体垂直的入口结构时相同的数学模型和边界条件，以便于与改用倾斜入口结构时的压降进行对比。

　　为了比较两种入口结构对进口压降的影响，我们在两种入口结构靠近入口的同一水平面位置处取一截面，位置如所示，将入口截面和所取截面之间的压差作为比较值进行对比……

　　入口进口压力损失模拟计算位置图通过模拟计算，可得到如所示的不同入口结构壳侧入口压降与壳程流量关系曲线。分析该图可以看出，在相同流量下采用倾斜入口结构的换热器的入口压降总是比垂直入口结构的压降小。当壳侧入口水流量为10m3-h-1（尺e=3944）时，倾斜结构入口压降比垂直结构入口压降降低了52.5*；当壳侧入口水流量为22m3-h-1时，倾斜结构入口压降比垂直入口结构入口压降降低了53.9.这说明了，对于螺旋折流板换热器，为了减少流体流动阻力，降低压降，倾斜入口结构比垂直入口结构效果好得多。并且当壳程达到充分的湍流以后，虽然壳侧流体入口压降随着壳程流量和尺e的增加而增加，但是垂直入口结构的增加幅度大于倾斜入口的增加幅度。并且流量越大，倾斜入口结构壳侧流体入口压降比垂直入口结构壳侧流体入口压降降低的值越大。因此，当壳侧的水流量越大，湍流程度明显的情况下，对于螺旋折流板换热器采用倾斜入口结构比采用垂直入口结构的优越性越突出。

　　不同入口结构壳侧入口压降与壳程流量关系曲线5结论本文采用雷诺应力湍流模型，通过FLUENT软件模拟计算了常规螺旋折流板换热器不同流量下的流动与传热性能。计算结果和实验值比较吻合，验证了模拟的可靠性。在此基础上，为了减少换热器壳侧入口处压降，对螺旋折流板换热器壳侧入口结构进行改进，将流体垂直流入壳体内，改为入口与壳体形成一定角度，使流体基本沿其在壳程的流动方向进入壳程。同时，对改进后的螺旋折流板换热器入口压降进行了数值模拟。分析模拟的结果，发现：1）在相同流量下，对于螺旋折流板换热器，采用倾斜入口结构比采用垂直入口结构的进口压力降小52以上；2）当流量越大时，采用倾斜入口结构入口压降降低的幅度越明显；3）倾斜入口结构的优入口角度是由螺旋折流板换热器螺旋折流板的角度决定的。对于螺旋折流板换热器采用这种倾斜结构会降低整体压降。