折流杆换热器壳程流动及传热数值模拟开题报告

 2021-08-08 12:08

1. 研究目的与意义

换热器是化工、石油、医药、食品等行业的常见设备。

在各种形式的换热器中,管壳式换热器因具有操作弹性好、适应性强、可靠性高等优点而得到十分广泛的应用。

传统的管壳式换热器采用的是折流挡板来进行壳程传热的强化和管束支承,壳程流体流动由横向流动主导,产生的卡门漩涡会引起管束的诱导振动 ,容易引起管子疲劳,导致管子破裂,最终破坏换热器。

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2. 国内外研究现状分析

换热器是一种热量传递设备,广泛应用在化工、动力、食品、炼油及其他工业领域[1]。纵流壳程换热器采用与传统折流板换热器不同的壳程结构,使壳程流体由错流变为纵向流动,因而具有传热系数高、压降小、重量轻、抗振动以及节省材料等诸多优点,是目前被广泛研究与应用的一种新型管壳式换热器[2]。1970年美国菲利普斯石油公司为了解决折流板换热器中的流体诱导振动问题,提出折流杆换热器的概念[3]。折流杆换热器的主要特点是:壳程不再设置折流板,而是由折流杆组成的折流圈来代替。既对管子起支撑作用,又对流动起扰动作用,以达到强化传热的效果。

国内对于折流杆换热器进行了许多的实验研究,郭崇志等人[4]将折流杆的正方形排布与三角形排布进行了实验研究对比,三角形排布换热管数量约为19根,正方形排布换热管数量约为21根。实验结果表明,三角形排布方式与正方形排布方式所计算出的压力降几乎相同,平均偏差在可接受范围以内,这说明三角形排布方式可以用更少的换热管数进行工作。

严良文等[5]对一种波形折流杆换热器进行了工业实验研究,并将波形折流杆与弓形折流板进行了相互比较。其实验的换热器包含 57 根换热管,以六块间隔一定距离的折流栅组成一组波形扁钢支承构件,壳体内径 273mm,管束长度 6000mm。实验采用修正的威尔逊图解法对实验数据进行处理,得到换热器的传热和流体阻力性能特性。实验表明,要提高换热器的整体性能,必须综合考虑传热性能和流体阻力两个方面。

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3. 研究的基本内容与计划

研究内容: 利用Fluent软件对扁钢波形折流杆进行仿真模拟,对其性能进行分析。

时间安排:寒假及第1~2周:学习Fluent软件,收集资料,查阅文献、翻译。

第3~6周:使用Fluent建立简单模型,并模拟简单工况,收集并解决在实际运用中遇到的问题,为下一步研究打下基础。

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4. 研究创新点

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