方文　任小中

【摘 要】論文建立了管殼式換熱器的幾何模型。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)工況選定了介質(zhì)材料、邊界條件等參數(shù)。通過Fluent得出介質(zhì)流線圖，管程及殼程內(nèi)介質(zhì)溫度云圖，并進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。試驗(yàn)結(jié)果表明，換熱器設(shè)計(jì)通過CFD仿真，可有效地校驗(yàn)設(shè)計(jì)方案的準(zhǔn)確性。

【Abstract】This paper establishes the geometric model of tube-shell heat exchanger. The parameters such as medium material and boundary condition are selected according to the site working condition. The flow line diagram of medium and the medium temperature cloud diagram of tube and shell are obtained by Fluent. The field test was completed. The test results show that the accuracy of heat exchanger design can be verified effectively by CFD simulation.

【關(guān)鍵詞】管殼式換熱器;CFD;溫度云圖;Fluent

【Keywords】tube-shell heat exchanger; CFD; temperature cloud diagram; Fluent

【中圖分類號(hào)】TK172? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 【文章編號(hào)】1673-1069（2019）11-0165-02

1 引言

現(xiàn)代仿真技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域已得到了廣泛應(yīng)用，例如，在設(shè)計(jì)石化設(shè)備時(shí)采用CFD，可大幅度挖掘產(chǎn)品潛力，提高經(jīng)濟(jì)效益[1]。本文在換熱器設(shè)計(jì)過程中進(jìn)行CFD分析，并對(duì)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)結(jié)果的可靠性。

2 建立數(shù)學(xué)模型與設(shè)置計(jì)算過程

根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算的設(shè)備參數(shù)，繪制出換熱器工作區(qū)域的幾何模型，包括管程、殼程、單弓型折流板，并根據(jù)生產(chǎn)工藝，設(shè)定介質(zhì)材料、邊界條件等參數(shù)[2]，最后將導(dǎo)入幾何模型。仿真求解設(shè)置采用穩(wěn)態(tài)求解器，設(shè)置湍流模型時(shí)選用標(biāo)準(zhǔn)KE湍流模型。此外，還需要完成材料設(shè)置，邊界條件設(shè)置，求解方法設(shè)置，求解控制設(shè)置等相關(guān)步驟[3]，然后即可開始計(jì)算。

3 數(shù)據(jù)后處理

對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行后處理，可更直觀地觀察仿真結(jié)果。這里截取溫度云圖與流線圖如圖1和圖2所示。

根據(jù)觀察折流板附近的流線，可見在折流板處并未出現(xiàn)明顯的死區(qū)現(xiàn)象[4]。

4 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試

通過對(duì)比內(nèi)部各段位置的介質(zhì)溫度、壓力，可以得出換熱器的換熱功率與換熱效率。在管程與殼程上各自設(shè)定4個(gè)取樣點(diǎn)放置傳感器，通過實(shí)驗(yàn)測(cè)試各點(diǎn)的實(shí)際狀態(tài)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)和仿真數(shù)據(jù)如表1所示。

5 結(jié)論

采用Fluent進(jìn)行換熱器的仿真與模擬，得出的換熱器的工作狀態(tài)與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)基本吻合。

通過CFD分析，能夠做到快速、準(zhǔn)確、經(jīng)濟(jì)地預(yù)估出設(shè)計(jì)方案的最終效果，能夠減少設(shè)計(jì)錯(cuò)誤帶來的不必要損失。

【參考文獻(xiàn)】

【1】江玉明.常減壓裝置能耗特點(diǎn)及優(yōu)化節(jié)能技術(shù)[J].石化技術(shù)，2018，25（10）：51.

【2】錢頌文.換熱器設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002.

【3】湯赫男，王世杰，趙晶. Effect of Fluid-Structure Interaction on Sealed Flow Field and Leakage Rate Based on Computational Fluid Dynamics [J]. Journal of Shanghai Jiaotong University（Science），2015（6）：55-59.

【4】王戰(zhàn)輝，馬向榮，范曉勇，等.折流板對(duì)管殼式換熱器內(nèi)部流場(chǎng)影響的分析[J].能源化工，2018，39（05）：77-81.