折流杆换热器壳程流场和温度场的数值模拟及场协同分析

在PHOENICS-3.5.1程序的基础上,引入多孔介质模型,用体积多孔度、表面渗透度和各向异性的分布阻力来处理换热器内的管束,用分布热源考虑管侧流体对壳侧流体的影响,对折流杆换热器的壳程流场和温度场进行了数值模拟,并对其温度梯度与速度矢量的夹角进行了计算。结果表明,采用换热器三维流动计算模型和kε-湍流模型能较好地模拟折流杆换热器壳侧内的流场分布。通过数值模拟可直观地了解换热器壳侧内流体的流动状态,确定流动的高、低速区。除出、入口外,换热器的场协同效果较好。     

螺旋折流片强化壳侧传热研究

从涡旋流动强化传热的机理出发 ,提出了强化换热器壳侧传热的新方案———螺旋折流片式换热器。利用FLUENT流体计算软件对同心套管螺旋片式换热段的壳侧流场、温度场进行了数值模拟 ,讨论了螺旋片结构对其强化传热性能的影响 ,计算结果显示 ,该方案具有良好的应用前景。     

折流板换热器的数值模拟及场协同分析

在PHOENICS—3 .5 .1程序的基础上, 采用多孔介质模型, 以及体积多孔度、表面渗透度和各向异性的分布阻力来处理换热器内的管束; 用分布热源考虑管侧流体对壳侧流体的影响,对单弓形折流板换热器的壳程流场和温度场做了数值模拟。结果表明: (1) 采用换热器三维流动计算模型和k—ε湍流模型能较好地模拟折流板换热器内的流场分布; (2) 通过数值模拟可直观地了解换热器内的流动状态, 确定换热器的高、低速区和旋涡区。低速区和旋涡区换热效果差,管子易结垢, 而高速区换热效率高, 但管子易被冲蚀, 且阻力较大, 应予改进; (3) 换热器中间段的场协同性较好, 出入口处的场协同性较差, 应尽量减小其结构尺寸, 或采用导流筒式结构。     

套管式折流杆管束换热器壳侧传热与流阻性能

针对普通套管式换热器的不足 ,设计了套管式折流杆管束换热器壳程内部结构。对不同内部支承结构与管束组合的套管式管束换热器壳侧进行了传热与流阻性能实验研究 ,得到了 3种换热器壳侧对流传热系数及压降随流量变化的关系曲线。实验结果表明 ,套管式折流杆螺旋槽管束换热器壳侧具有较好的传热与流阻性能。     

两种不同管束的螺旋折流板换热器的性能对比

以柴油为工质，在雷诺数范围为3280－12680内用两种不同管束的螺旋折反换热器进行对比试验，研究得到了两种换热器的壳侧传热膜系数和流动阻力系数随雷诺数变化的关系曲线，并建立了换热器的壳侧传热膜系数和流阻系数的近似数学模型，研究结果表明，在该试验条件下，菱形翅片管螺旋折流板换热器的壳侧传热膜系数比光滑管螺旋折流板换热器高54％－108％，具有较好的强化传热效果，而壳侧流动阻力系数则比光滑管螺旋折流板换热器低30％－5％，菱形翅片管螺旋折流板换热器具有较好的传热与流阻特性，用于石油，化工等领域具有广阔的前景。     

渣油加氢装置高压换热器结垢问题分析

从高压换热器运行概况、结垢造成的影响、影响结垢的因素、缓解结垢的措施等不同方面对中国石化若干套渣油加氢装置的原料-产物高压换热器进行了调研。调研结果表明：原料侧为管程、产物侧为壳程的高压换热器较多出现换热效率下降问题,且结垢是其主因;高压换热器结垢会严重影响装置的正常运行;高压换热器垢物的主要成分为硫化亚铁,但存在硫化亚铁是其结垢的必要非充分条件;注入阻垢剂或是采用物理、化学清洗等措施无法从根本上解决高压换热器结垢问题;将高压换热器设计为原料侧为壳程、产物侧为管程并增大换热器中的物流速度可以有效避免结垢问题。     

菱形折流杆换热器传热研究

针对圆杆折流杆结构换热器只有在较高壳程流速时才能达到较高传热效率,以及目前缺乏折流杆换热器壳程支撑结构场协同关系定量计算关系式的情况,开展了新型菱形折流杆换热器的传热研究。运用实验方法获得换热器壳程传热关联式,验证了新结构良好的传热效率;利用CFD软件直观地得到了换热器壳程流场和温度场分布。通过对壳程能量方程的无因次变换,得到了壳程速度场和温度梯度场的场协同角的定量关联式,证实了新结构具有更好的场协同关系。     

基于流场分析的管壳式换热器腐蚀研究

在管壳式换热器的失效形式中,腐蚀失效占有非常大的比例。通过建立管壳式换热器三维流域模型,并基于计算流体力学(CFD)方法,采用FLUENT软件对管壳式换热器壳程流体的流动与传热进行三维数值计算,得到换热器壳程内温度场、压力场、气液两相分布云图以及速度场分布矢量图。在此基础上,分析了管壳式换热器的腐蚀位置及腐蚀机理,结果表明:在换热器壳程折流板附近流体的冲刷以及液相组分的形成与堆积加剧了换热器的腐蚀,其腐蚀受到多种因素的共同作用,通过对数值模拟结果分析而得到的腐蚀位置与现场设备腐蚀位置大致吻合。基于流场对管壳式换热器的腐蚀分析可以为换热器的腐蚀防护工作提供理论基础。     

折流板换热器的流场数值模拟与结构优化

基于多孔介质与分布阻力的概念,采用FLUENT软件对单弓形折流板换热器的壳程流场进行了三维数值模拟,模拟结果与实验结果吻合较好。在此基础上针对折流板换热器壳程压降大、能耗高,存在传热死区等的缺点提出了壳程流场的改进方案,即在增加折流板缺口高度的同时,再加入2块分隔板。通过数值模拟可以看到壳程流场改进后不仅具有压降低、场协同性能好、基本无传热死区等特点,而且在一定程度还提高了管束抗流体诱导振动的性能。     

壳程结构设计对管壳式换热器传热影响讨论

结合管壳式换热器Tinker壳程流体流动模型的分析,介绍了影响换热器传热效率的一些壳程结构设计因素,文中详尽地介绍了防短路结构、进出口结构、换热器壳侧纵向隔板等方面对传热效果的影响;并针对性地对弓形折流板、折流杆以及螺旋板等常用壳程强化传热结构的传热性能进行了分析和比较,对提高换热器换热效率的几种壳程结构设计进行了总结。