管壳式换热器流场温度模拟

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　　【摘 要】论文建立了管壳式换热器的几何模型。根据现场工况选定了介质材料、边界条件等参数。通过Fluent得出介质流线图，管程及壳程内介质温度云图，并进行了现场测试。试验结果表明，换热器设计通过CFD仿真，可有效地校验设计方案的准确性。
　　【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.
　　【關键词】管壳式换热器;CFD;温度云图;Fluent
　　【Keywords】tube-shell heat exchanger; CFD; temperature cloud diagram; Fluent
　　【中图分类号】TK172                                        【文献标志码】A                                【文章编号】1673-1069（2019）11-0165-02
　　1 引言
　　现代仿真技术在工业领域已得到了广泛应用，例如，在设计石化设备时采用CFD，可大幅度挖掘产品潜力，提高经济效益[1]。本文在换热器设计过程中进行CFD分析，并对现场试验的数据进行对比，验证了设计结果的可靠性。
　　2 建立数学模型与设置计算过程
　　根据设计计算的设备参数，绘制出换热器工作区域的几何模型，包括管程、壳程、单弓型折流板，并根据生产工艺，设定介质材料、边界条件等参数[2]，最后将导入几何模型。仿真求解设置采用稳态求解器，设置湍流模型时选用标准KE湍流模型。此外，还需要完成材料设置，边界条件设置，求解方法设置，求解控制设置等相关步骤[3]，然后即可开始计算。
　　3 数据后处理
　　对计算结果进行后处理，可更直观地观察仿真结果。这里截取温度云图与流线图如图1和图2所示。
　　根据观察折流板附近的流线，可见在折流板处并未出现明显的死区现象[4]。
　　4 现场测试
　　通过对比内部各段位置的介质温度、压力，可以得出换热器的换热功率与换热效率。在管程与壳程上各自设定4个取样点放置传感器，通过实验测试各点的实际状态，试验数据和仿真数据如表1所示。
　　5 结论
　　采用Fluent进行换热器的仿真与模拟，得出的换热器的工作状态与实验数据基本吻合。
　　通过CFD分析，能够做到快速、准确、经济地预估出设计方案的最终效果，能够减少设计错误带来的不必要损失。
　　【参考文献】
　　【1】江玉明.常减压装置能耗特点及优化节能技术[J].石化技术，2018，25（10）：51.
　　【2】钱颂文.换热器设计手册[M].北京：化学工业出版社，2002.
　　【3】汤赫男，王世杰，赵晶. 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】王战辉，马向荣，范晓勇，等.折流板对管壳式换热器内部流场影响的分析[J].能源化工，2018，39（05）：77-81.
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