垫条对缠绕管换热器壳侧性能的影响研究

目前针对缠绕管换热器的数值模拟研究中,大多为了简化模型而省略了管层间的垫条,造成模拟结果偏离实际情况。通过CFD数值模拟,着重研究了缠绕管换热器中垫条的存在及不同的排布方式和数量对换热器壳侧的流动、传热性能的影响。计算结果表明,垫条的存在不仅影响流体轴向流速,并且在径向截面上更易形成涡旋而加强流体扰动。在相同进口工况下,相比无垫条模型,垫条对齐排布时Nu下降了1.6%~2.5%,换热器单位长度压降ΔPl增加了14.5%~17.0%,强化传热性能指标FP减小了5.7%~5.9%;错开排布时Nu上升了17.0%~18.1%,ΔPl增加了38.4%~39.9%,FP增加了13.7%~15.4%。两种垫条排布方式中错开排布能够在更大程度上强化壳侧的湍流,从而强化传热。当垫条数量多于12,依次为13、14、15时,对换热器壳侧的性能影响不大。所做研究为缠绕管换热器的数值模拟提供了新的思路,也为缠绕管换热器的性能优化提供了理论参考。

Effects of Space Bars on the Shell-Side Performance of Spiral-Wound Heat Exchanger