第11卷第5期 2011年10月
过程工程学报
The Chinese Joumal of Process Engineering
网状孔板纵向流换热器壳程流体流动及换热特性的数值模拟
王翠华“，戴玉龙，吴剑华"2，战洪仁
Vol.11 No.5 Oct.2011
(1.沈阳化工大学机械学院，辽宁沈阳110142：2.天津大学化工学院，天津300072：3.三一重型装备有限公司，辽宁沈阳110027) 摘要：应用CFD软件对网状孔板换热器壳程流体流动及换热特性进行了数值模拟研究，揭示了网状孔板强化传热的机理，分析了孔板间距及开孔率对其换热、压降性能的影响，推导出网状孔板纵向流换热器壳程换热与流动的准数关系式.结果表明，流体流过网状孔板产生射流及二次流现象，强化了壳程流体的传热：在Re=2300~6300范图内，网状孔板换热器比弓形折流板换热器的Nw数增大约50%，但压降比弓形折流板换热器高约2.5倍；在研究范围内，孔板间距减小、开孔率减小均能使壳程流体的N数及压降增大，且Re数越大，开孔率、折流板间距对N数及压降
的影明越大：但随开孔率、折流板间距减小，流体压降增加的速度明显比N数快关键调：纵向流换热器；网状孔板；强化换热：数值模拟
中图分类号：TK124 1前言
文献标识码：A
文章编号：1009606X(2011)05-073606
换热管所占区域作为一个单元流道计算模型，该方法较
网状孔板纵向流换热器是新型异型孔板换热器的一种，它在整圆形孔板上的小桥处铣通，呈矩形孔，壳程流体从铣口处流过折流板，呈均匀纵向流动折流板横截面示意图如图1所示)"，由于其网状孔板既能支撑管子，文能使介质流过折流板，当介质流经折流板管孔时，产生射流强化换热，同时对管子有冲刷和自清洁作用，此外还具有防振性能良好等优点，因此，在电站、石油化工等工业中具有广泛的应用前景(2)
Heattransferpostior
ARA
Redangearifice Bafie
图1网状孔板横截面示意图
Fig.1 Schematic diagram of cross section of
reticulation orifice-baffle
随着计算流体动力学(ComputationalFluidDynamics， CFD)的发展，数值模拟方法由于研发周期短、投入少、能得到流体流动的微观信息等优点，成为换热器性能研究的一种重要手段[3]，异形孔板换热器壳程流体的数值模拟研究国内外涉及很少，主要集中在对简化后的四管模型单元流道内流体流动与传热的数值模拟[1.4-6]，对网状孔板换热器壳程流体建立全截面三维模型进行流体流动和换热的研究目前还未见报道.四管模型是取4根
简单，对计算机内存要求较低.但由于忽略了靠近壳体内壁非布管区壳程流体流动和传热的特殊性，将其按布管区流体看待，所以精度较差，因此，为了更精确地研究网状孔板换热器壳程流体流动及换热特性，为该换热器的结构开发、性能优化及进一步的工程推广应用打下理论基础，本工作根据网状孔板换热器的结构和流动特点，建立了该换热器壳程流体的周期性全截面物理模型，通过Fluent三维数值模拟，分析了网状孔板强化传热机理，并研究了孔板间距、孔板开孔率对壳程流体流动及换热性能的影响，并推导出综合开孔率、孔板间距等参数影响的Nu准数关系式和流体阻力的准数关系式 2数值模拟方法
2.1流体流动和传热的控制方程
三维直角坐标系中流体流动和传热的控制方程[7-9] 为：
质量守恒方程(连续性方程)：
+div()-0
ar
动量守恒方程：
a) + div(auU)div(ugrad)-ar
ap
2+s, ax
ae +dicodivagrad)-%+ s., ar
ay
aem +divcowdivugrad-+ . ar
a
收日期：2011-0228，修回日期：2011-0722
基金项目：中央支持地方高校发展专项资金资助项目(编号：辽财指教[2010]865号)
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作奢简介：王翠华(1978-)女，山东省济宁市人，博士研究生，讲师，化工过程机械专业；吴剑华，通讯联系人，Tel:13614036066,E-mail:373752724@qq.com 万方数据