De BF和Catalano LA等人近提出一个新型沉浸粒子换热器,它使用非常小的固体颗粒作为中间媒介来执行两个气体在不同的温度之间流动的热传导,开发了一种一维模型的理论计算换热管长度,确保规定的热交换和评价粒子特性的影响;提供了一个数值程序设计优化热交换器的其他几何参数,比如直径和角度的入口和出口管道和粒子注入模式。对用于火力发电厂的换热器,换热温度通常提供高于8000C,为了满足这一条件,热交换器应该选区特殊的材料一一陶瓷,Monteiro DB等人门用CFD模拟来评估雷诺数在500到1500之间时传热因子和摩擦因子,比较了模拟结果与实验数据。系统中的热媒/水换热器容易出现水质不合格、操作不当而引起管道水击、水流速度过低以及垢下腐蚀等并终导致泄漏。
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。网格过多,一方面会严重消耗计算机资源,另一方面大量的数值耗散积累会影响计算结果的正确性。周期短。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。
潍坊誉金机械对原稳站油行山管壳式换热器实体模型进行简化建模,同时兼顾课题研究的准确性和经济性。
(1)建模时保留了折流板,考虑折流板对壳程流体流动和传热的影响。
(2)对于传热管壁和折流板的处理采用了FLUEN丁中的薄壁模型,在后续的边界条件设置时可以设定一个给定的壁厚,这样减少了网格数量。
(3)管束的_l几封头和下封头没有参与整个换热器的传热和流动,不影响数值计算的结果,因此在建模时将上封头和下封头进行简化处理。 在对换热器结构进行建模时,考虑换热器入日和出口部分对于一换热器壳程整体流动特性的影响。由于单弓形折流板管壳式换热器是复杂几何体,网格划分需要采用分块划分的方法,将整个模型划分成入口段、出口段和壳程三部分,进行网格划分。换热器管道的缺陷发生在支撑板附近,已成为铁磁性换热管***监测区域。网格为非结构化网格,采用划分的四面体和金字塔网格。
单弓形折流板管壳式换热器物理模型复杂,因此选用适应性强的正四面体和金字塔形非结构化网格,使用GAMBIT划分网格。网格的数量直接决定了计算速度和精度。网格过少,将不到流场的流动特性;网格过多,一方面会严重消耗计算机资源,另一方面大量的数值耗散积累会影响计算结果的正确性。所以进行网格的***性验证时十分必要的。以一个单弓形折流板管壳式换热器模型为例进行网格***性验证。共三套网格:换热器整体均为四面体,终网格数量为1,521,014个;壳程为四面体网格,管程及壳程进出口管为六面体网格,终网格数量为I ,952,621个;由面到体依次画网格,终网格数量为2,175,849个。2mm的流动能很好的带动砂流动,导致换热器整个砂的体积分布较均匀,整个壳程的含砂量都较小,接近入2类石油。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。
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