静设备
石油化工设备技术，2016，37（3）·13· Petro-Chemical Equipment Technology
不同扭距扭曲管管内流场的数值模批
张洋乐
（中国石化工程建设有限公司，北京100101）
摘要：通过送用计算流体力学(CFD)三维数值模拟的方法对比研究了不同担距的标准循圆截面担曲
换热管内流动特性，分析了相同设计参数下，不同扭距扭曲管对换热性能的影响。结采表明：以单位压力损失下的传热系数（α二K/（△P/L))大小作为衡量接热管内性能的标准，扭距为8至9倍长轴当量直径时，在相同入口流速和出口压力条件下，使得换热器换热管内综合性能达到最优。这对扭曲管换热器工程应用的优化设计和科学研究提供了参考依据。
关键词：数值模拟传热系数扭曲管椭圆管
扭曲管作为一种新型的、高效的换热器强化
传热的换热管形式，扭曲管是由换热器中的普通换热管通过压扁后扭曲而成。最先是在1984年，由瑞典的Alards公司设计，并制造研究的。随后，美国的Brown公司对其进行了进一步的优化。作为一种强化传热的换热管，不同结构形式的扭曲管，实现强化传热的效果完全不同。扭曲管换热器管束结构使管程流体和壳程流体均产生以旋转为主要特征的复杂流动，从而较大程度地强化了传热过程。扭曲管换热器除了管束部分以外，其它结构通常采用常规管壳式换热器的零部件，因此扭曲管换热器具有十分广阔的应用前景。
运用CFD计算流体动力学（Computational FluidDynamics)技术对扭曲换热管程、壳程流场进行模拟，可以对其内部的复杂流动进行详细而且全面的分析。近年来，国内外许多专家学者利用CFD技术对扭曲管换热流动进行了许多研究并取得了不少成果。
2001年，梁龙虎[11介绍了螺旋扁管换热器的传热和阻力性能；张杏祥，桑芝富2等人采用标准 c-e瑞流模型对螺旋扭曲扁管换热器进行了三维数值计算。结果表明：螺旋扭曲扁管换热器壳程整体性能指标α/△力较高；螺旋扭曲扁管换热器管程与壳程都有较好的强化传热性能。2008年，刘敏珊，宫本希，董其伍31以雷诺数小于1000的流体为研究对象进行模拟研究，比较螺旋扁管和螺旋椭圆扁管之间的差别，并与直扁管和直椭圆扁管进行对比。
本文利用CFD计算流体力学三维数值模拟
方法，以工艺流程中溶剂回收塔水冷器（双壳程U 形管式换热器)为研究实例，对比研究不同扭距的扭曲管对管内换热性能的影响。扭曲管管内流体物性详见表1。三维数值模拟能减小误差且准确反映扭曲管换热器管内的流动特性，对扭曲管换热器工程应用的优化设计和科学研究提供了参者依据。
表1：
扭曲管管内流体物性
项目
比热容/[J·（kg·K)-1]
粘度/(Pa·s)
导热系数/[W·(m·K)-1]
密度/(kg·m-$)
数值模拟 1
1.1物理模型及计算方法
数据 4178.3 0.764 4 0.618 3 995.25
扭曲管换热器的整体物理模型如图1所示模拟计算的扭曲管利用标准椭圆管扭曲制造，如图2所示。扭曲管长轴20mm，短轴10mm，管厚度2.5mm，扭距定义为N倍的换热管外径，模
收稿日期：2016-02-29。
作者简介：张洋乐，女，2010年毕业于大连理工大学化工设备与机械专业，工学硕士，在设备一室从事石油化工设备的设计工作，工程师。
Email:zhangyangle@sei.com.cn.
基金项目：中国石油化工股份有限公司科研开发项目，合同号：309055。