管殼式換熱器殼側(cè)氣液兩相流動和傳熱的數(shù)值模擬研究_呂金麗(編輯修改稿)
2025-09-05 12:54 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 1凝結(jié)水體積分布 從圖2殼側(cè)凝結(jié)水體積分布圖可看出，換熱器出口接管 －3 處水的體積分數(shù)最大，將近達到了210數(shù)量級，說明入口的飽和水蒸汽流經(jīng)換熱器殼側(cè)與換熱管進行了對流換熱后，大部分蒸汽冷凝相變，凝結(jié)為液體的水從出口接管流出。凝結(jié)主要從流體流過第一塊折流板后開始，從圖中可以看出，液體相的體積分數(shù)很少，是因為不斷通入的高溫蒸汽持續(xù)給之前流進換熱器的氣體加熱，所以凝結(jié)量很少，并隨著流體 凝結(jié)量漸漸增多，至最后一塊折流板時，凝的繼續(xù)向前流動， 大部分蒸汽已從汽態(tài)凝結(jié)為液態(tài) 。結(jié)量達到最大， 圖1三維模型及網(wǎng)格示意圖 1．2 求解器及模型的選擇 選用分離隱式求解器，采用基于交錯網(wǎng)格的SIMPLE算法來處理壓力速度耦合方程，選用一階迎風差分格式對控制 體積界面的物理量進行離散；選擇混合物模型作為兩相流的計算模型，并考慮相間的速度滑移；選取標準的k－ε雙方程湍流模型，采用標準壁面函數(shù)法對近壁區(qū)域流動進行處理。 （3）邊界條件及初始條件設置出口選取壓對換熱器接管入口選取速度入口邊界條件， 力出口邊界條件；對殼體壁面和折流板壁面采用不可滲透、無滑移絕熱壁面邊界條件；入口為413K高溫飽和水蒸汽，速度為5m/s；流體介質(zhì)的物性參數(shù)如表2。 表2 高溫飽和水蒸汽物性參數(shù) 黏性系數(shù)μkg/（ms） 汽化潛熱h J/kg 密度ρ定壓比熱Cp導熱系數(shù)λkg/m3J/（kgK）W/（mK）1．967 2240．8 0．0285 圖2 殼側(cè)凝結(jié)水體積分布圖 2．2 速度場分布 從圖3換熱器入口接管橫向截面速度矢量圖（Z=－ Z=－282mm）可知，100mm、蒸汽從換熱器入口接管進入殼受到換熱管束的橫向阻隔，使主流體被分流并沿管束程后， 內(nèi)縫隙向前流動，流體速度在被換熱管束分流的同時突然增其余的分流沿殼壁向下流動。在流體向前流動過程中經(jīng)加， 過折流板的折流到達換熱器接管出口，在出口處，從管束流 從出口流出，并下的分流與沿殼壁面流下的分流匯到一起，速度有增大 。 1．354310－54．418379108 本文主要研究換熱器殼側(cè)流體介質(zhì)高溫水蒸汽在換熱 過程中發(fā)生相變和兩相流動過程，因此不考慮換熱管管壁厚度的影響，并認定水蒸汽與換熱管間的傳熱只發(fā)生在垂直換熱管方向上，忽略冷卻水與管壁之間的對流換熱，將換熱管壁面作恒溫壁面處理，溫度為293K。 2計算結(jié)果及分析 圖3 出入口接管橫向截面速度矢量圖 為了方便對模擬計算結(jié)果的分析，以換熱器入口殼體端面圓心為中心建立坐標系，且殼程方向沿坐標系－Z軸方向。根據(jù)換熱管的排列位置關系，分別選取橫、縱截面對模 從而能夠擬結(jié)果進行觀察與分析。為了避開換熱管的影響， 從圖4換熱器的殼側(cè)縱向參考截面速度矢量分布（X= 9．5mm，局部）可知，流體介質(zhì)在換熱器殼側(cè)呈現(xiàn)返混流形式，但殼程內(nèi)整體流體受迫呈“Z”字形流動，在折流析圓缺 第5期呂金麗等：管殼式換熱器殼側(cè)氣液兩相流動和傳熱的數(shù)值模擬研究347 圖4殼側(cè)縱向截面速度矢量圖 處出現(xiàn)速度突增的現(xiàn)象，在折流板背后部形成許多低速的小漩渦，即稱為折流板換熱器的流動死區(qū)。2．3 溫度場分布 從圖5換熱器殼側(cè)總體溫度變化圖可知，高溫飽和水蒸汽從換熱器入口接管進入換熱器后，溫度從入口到出口逐漸降低，但其降低趨勢并不是均勻的，在每兩塊折流板間都有一個新的溫度段，并隨流體的流動方向降低。并可以清晰地看到第一塊折板與第二塊折流板中間的溫度下部與上部有明顯的不
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