管壳式换热器壳侧气液两相流动和传热的数值模拟的研究.pdfVIP

管壳式换热器壳侧气液两相流动和传热的数值模拟研究 摘 要 换热器是各种具有热能行业中应用最为广泛的设备之一，往往占设备总投资的很大 一部分。而诸多换热设备中，管壳式换热器为最常用的换热设备结构形式。目前将近一 半的换热器壳侧均存在两相流动及相变传热。由于两相流动具有很大的随机性，使得壳 侧的传热系数与压降的变化存在着较大的不可预测性。因而，对换热器壳侧相变传热及 两相流动对设备性能的影响的研究，对改善换热设备性能，提高换热效率有着重要的意 义。 论文采用数值模拟方法，使用CFD软件FLUENT对管壳式换热器壳侧按两种不同 的流体介质的两相流动及相变传热进行了模拟计算，一种为流体为高温饱和水蒸汽；另 一种为低温冷却水。根据壳侧流体流动特点，选定合适的湍流模型、两相流模型为混合 物模型，并根据汽水转化公式编写了自定义函数UDF来描述相变过程质和量的传递。 根据相变换热的计算公式计算所得结果与模拟结果进行对比，证实所建立物理模型及所 选用的计算模型的可行性与准确性。分别研究两种情况下，壳侧各流场的分布情况及不 同的入口介质参数对换热器壳侧传热系数及压降的影响规律。通过模拟结果对比得出壳 侧总的换热量相同的情况下，流体介质为水蒸汽(换热方式为冷凝相变)工况与流体介 质为冷却水(换热方式为沸腾相变)工况对换热器壳侧换热性能的影响不同，前者的单 位压降下的传热系数为后者的2．9倍。 论文研究了管壳式换热器壳侧流场特点及其对换热效果的影响，为类似换热器性能 的改善提供了有价值的参考。并根据不同的传热系数及压强分布情况，对换热器壳侧流 动介质进行合理的选择起到指导作用。 关键词：管壳式换热器；气液两相流；相变传热；数值模拟 管壳式换热器壳侧气液两相流动和传热的数值模拟研究 ABSTRACT Heat a investmenthasbeen intherelative exchangerrequiringlarge extensivelyapplied areasandtheshell—and-tubeHeat its oneofthemost merits，became Exchanger，byunique commonheat ahalfatshell—sideinheat exchangeequipment．However,almost exchangers characterize flowand andheat therandomnessof two-phase phasechange transfer,and and atthe flowmakesitsheattransfercoefficientthe shell·-side two·-phase pressuredrop onthe flowandheattransferofthe isofvital study two-phase equipments unpredictable．The in the of heat． significance improvingefficiencyexchanging Numerical—simulationmethodsare inthis the ofCFDand