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管壳式换热器内部三维流场数值模拟

张之东  
【摘要】:换热器在化工、制药、石油、电力、动力机械等过程行业中受到广泛的应用。其良好的工作性能对于工厂运行的效率、稳定性、维护成本等至关重要。本文利用FLUENT软件对单弓形折流板管壳式换热器壳程流体的流动和传热进行了三维数值模拟。此次数值模拟是基于各向异性多孔介质与分布阻力的模型,采用了混合网格对几何模型进行网格划分及标准k-ε计算模型和壁面函数法。本文还在数值模拟计算对管壳式换热器的物理模型作了简化:流体稳态流动;壳体为绝热;管壁为定温;不考虑小间隙流路,比如换热管与折流板之间的缝隙流和折流板绝热等。 模拟计算采用了三个不同的壳程流体进口速度,得到了不同流体初速下壳程速度矢量场、温度场和压力场的分布情况,并且给出了质点的迹线图。另外,对某些特殊截面,也给出了速度矢量场、温度场和压力场的分布情况。最后,对数值模拟计算结果进行了分析。 另外,模拟计算还采用了改变折流板数量,得到了温度云图、压力云图、速度矢量图和流体流动迹线图,并通过对这些图进行对比分析,得出了一些与理论和实验相符的结论。 以上所做工作是对换热器进行数值模拟进行的一次有益的探索。


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