采用计算流体软件对连续型螺旋折流板换热器的流动传热特性进行了数值模拟研究,对连续型螺旋折流板换热器的结构参数进行了优化分析研究。上海交通大学的曾伟平在研究板式换热器的换热和压降过程中,先从单相流在板式换热器流动出发,建立了单相的换热和压降模型,获得某种具体板型的换热及压降关联式系数,提出两相流在板式换热器中换热的换热关联式和压降公式。水一水换热器,用扁换热管代替圆换热管使之兼有两种换热器的优点。为了便于对比,同时设计制造了一台传统管壳式换热器。采用单相水为工质,对扁管壳式换热器进行了大量的实验研究,分析管程流量,壳程流量等因素对其传热和阻力性能的影响。近年来,粗加工装置换热器内漏、结塘堵塞问题越来越突出,尤其换热器,已严重影响装置的平稳运行。
对换热器进行不同工况分析,研究不同工况下换热器的换热性能。并编写换热器的沸腾用户自定义(模型,将模型导入软件。分析换热器出现沸腾工况下内部蒸汽的流动情况,并根据对模拟结果的研究提出对换热器的改进措施。通过对模拟结果的分析可知,研究的自然循环换热器能及时有效排出堆芯余热,虽然模拟值和设计值之间有一定误差,但是误差很小不影响对换热器模拟结果的分析。换热器的复杂结构使换热器局部产生了“传热死区”和“流动死区”,这些死区的存在影响了换热器内自然循环的形成。当换热器传热进行一段时间后换热器内的壳侧温度会达到饱和出现沸腾,沸腾产生的大量蒸汽在换热器的“尖角”处聚,会对换热器内流体的传热和流动特性产生影响。后面两套网格计算结果相差小于60%综合考虑计算精度与计算花费,选取第二套网格:终网格数量为1,952,621个。
但是由于换热器大多体积庞大,内部结构复杂,模型的网格处理比较复杂,且对计算机的配置要求高,前人的研究分为两种,首先是利用多孔介质模型,或者模拟换热器理想模型。数值模拟与实验方法相比具有如下优点:模拟能力强。计算机模拟技术既能模拟真实条件,又能模拟某些理想化的假定,拓宽了实验研宄的范围,便于分析各种情况下换热器的运行特性,并减少了实验的工作量。数据完整。数值计算可以得出换热器内部的流场、温度场及压力等参数的分布,据此,可以详细分析换热器内管束结构等布置的合理性、换热器的换热情况、换热性能等。经济性好。利用计算机软件数值计算的费用远远低于实验研究的费用。周期短。分析换热器出现沸腾工况下内部蒸汽的流动情况,并根据对模拟结果的研究提出对换热器的改进措施。数值模拟所用的时间相对于实验要少,方便从各种参数的匹配组合中快速选择的方案。
对于管壳式换热器的流动传热特性,综合以上,将己有的研究分为三部分:
(1)利用FLUENT数值模拟软件对管壳式换热器进行数值模拟,得到了符合实际的换热器流动传热性能;
(2)通过分析泄漏情况下换热器温度参数的变化情况,提出了通过分析换热器管程和壳程进出口温度变化来判断换热器是否泄漏的方法;侧重分析其泄漏时壳程的流体流动的流型。
(3)运用热力学能耗分析法,分析管壳式换热器中污垢的厚度对换热强度、流动压降及其有效能损失的影响。对换热管道不同缺陷产生的漏磁信号进行了二维模拟,考虑了静态时的支撑板处缺陷深度、缺陷宽度、换热器管道壁厚、检测仪器低速运动,以及缺陷相对于支撑板处在不同的位置对检测仪器输出信号的影响,给出了漏磁场磁感强度随以上参数变化的曲线。 国内外己有的研究,缺乏对管壳式换热器管程流体流动传热的数值模拟研究,并且在换热器的实际生产运行过程中,对换热器当前运行效果的诊断分析不明确。
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