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新型纵流壳程换热器夹套式变截面导流筒数值模拟与结构优化

赵晓冬  
【摘要】:对换热器中的流体流动与传热过程进行分析与研究有助于开发可靠、高效、经济的换热器结构。传统的换热器研究多采用实验方法来进行,但由于实验方法所固有的实验费用高、周期长、限制多、模型变换复杂及难以得到详细的细观信息等不足,使得其难以跟得上换热器研究、发展的需要。随着当前计算流体力学、计算传热学及计算机软硬件技术的不断提高,使用数值模拟方法对换热器进行分析与研究已成为可能。而且随着数值模拟方法的不断投入使用,越来越多的人认识到数值分析是一个节省投资、减少浪费、方便可行的途径,现在已有越来越多的学者使用该方法进行科学研究。 对高效节能纵流壳程换热器的进一步深入研究,是当前的一个重要课题。本中心在研究纵流壳程换热器总体结构的基础上进一步对其进行结构优化,开发出了由杆圈(杆栅、圈)支撑、变截面导流筒与夹套三元件组合的新结构——夹套式变截面导流筒折流杆换热器。工业实际应用证明:该新型纵流壳程换热器的传热效率高,与传统折流板换热器相比,其综合指标α/△p提高了50%左右,而设备重量减轻了20%~40%。目前,该新型纵流壳程换热器已广泛应用于生产实践中,并取得了较大的经济效益与社会效益。 导流筒装置是为提高管壳式换热器传热效率、改进壳程结构而开发出的一种新型结构。设置导流筒不仅可以防止入口处高速流体对管束的直接冲击,并且可以使得壳程流体达到较均匀分布,从而使壳程进口段管束的传热面得到充分利用,并起到减少传热死区及防止进口段可能会出现的流体诱导振动的作用。鉴于传统导流筒装置结构的复杂性,本中心顺应工业发展需要而开发出的夹套式变截面导流筒装置从结构上大大简化了传统的导流筒结构。该装置采用变截面结构,使得导流筒成斜口形状,从而能够保证流体沿周向均匀进入壳体。同时这种结构还可以克服等长圆筒形导流装置所存在的介质进入壳程时沿周向流体阻力不同的缺点,使大部分介质进入管束间的流体阻力相同,从而使流体能够比较均匀的进入壳程。目前,变截面导流筒的高、低端的长度等结构参数尚且没有标准可依,但有一点可以肯定,就是高端处必须有足够的高度以遮挡住进口端处。正是由于


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