结构和介质参数对螺旋折流板式换热器的影响研究

【摘要】：螺旋折流板换热器在强化传热技术广泛开展的时代里应运而生，凭借着对流换热系数高，压降小，污垢少，振动小的特点，在传统弓形换热器的基础上迅速发展。以往对螺旋折流板换热器中螺旋折流板的研究侧重于较大的螺旋角、低粘度情况，然而工业上现在常用的螺旋折流板换热器螺旋角一般较小、粘度较高，因此对较小螺旋角和高粘度壳程介质粘度的螺旋折流板式换热器研究就显得尤为重要。 本文运用了计算流体力学方法对大直径、不同黏度的壳程介质（按黏度大小依次为：减压渣油、导热油和凝析油）、连续螺旋折流板换热器进行了数值模拟研究。通过改变结构参数及工艺参数对螺旋折流板换热器壳程流体的流动、传热及阻力性能进行了系统的研究，主要包括以下内容： 采用整体模型对壳径为700mm、螺旋角度为9°、流量范围在30~50kg/s螺旋折流板换热器与一种弓形折流板换热器进行了数值模拟，主要用来进行螺旋折流板换热器和弓形折流板换热器的对比；将模拟的螺旋折流板换热器螺旋角范围扩大为5°~23°（间隔1°，共十种螺旋角），对不同壳程介质在不同流量时进行数值计算，用来研究螺旋角、流量和壳程介质黏度对换热器内部流场、换热性能及阻力性能的影响。 对比了不同流量下两种换热器的壳程压降、壳程换热系数及单位压降下换热系数，得出：不论哪种介质，相同条件下螺旋折流板换热器的壳程压降仅为弓形折流板换热器的13%~17%，弓形折流板换热器的换热系数大约是螺旋折流板换热器换热系数的1.34倍，螺旋折流板换热器单位压降下的换热系数大约是弓形折流板换热器4~5倍。可见，螺旋折流板换热器的综合效果要好于弓形折流板换热器。 分析了螺旋角一定时，流量对连续螺旋折流板换热器换热性能及阻力性能的影响，得出：不论壳程是哪种介质，随着流量的增大，螺旋折流板换热器的换热系数和压降接近直线上升，单位压降下的换热系数呈现下降趋势。 分析了当流量一定时，螺旋角对连续螺旋折流板换热器的换热性能及阻力性能的影响，得出：随着螺旋角的增大，壳程对流换热系数和壳程压降均迅速下降，而后趋于平缓，最后基本不变；在每种流量下单位压降下的换热系数均先急剧上升然后出现下降趋势，在螺旋角为19°~21°达到最大值，因此此换热器的最佳螺旋角出现在19°~21°，而且不随流量的改变而改变。 最后分析了壳程介质黏度对连续螺旋折流板换热器换热性能及阻力性能的影响，得出：随着壳程介质黏度的增加，壳程换热系数、壳程压降及单位压降下的换热系数均减小。