FLUENT软件模拟管壳式换热器壳侧的三维流场

lt，FONTnbspface = Verdanagt，nbsp摘要：基于各向异性的多孔介质和分布阻力模型，采用改进的k-ε模型和壁函数方法，使用FLUENT对普通管壳式换热器的壳侧流体进行了流动和传热。软件进行了三维数值模拟。在不同流体初始速度下，计算了管壳式换热器壳侧的速度场，温度场和压力场。计算结果与实际情况相吻合，得出具有参考价值的结论。 Lt，BRgt，关键字：壳管式换热器“数值模拟” FLUENT“多孔介质”“分布式阻力”模型lt，BRgt 、, lt，BRgt，nbsp数值模拟是换热器研究的重要手段。 1974年初，Patankar和Spalding提出了将计算流体动力学应用到模拟没有相变的管壳式换热器的壳侧流场的方法[1]。但是，由于当时计算机和计算流体动力学的局限，研究进展缓慢。 1980年代，由于核电站换热设备的大规模，高参数化发展，促进了换热器数值模拟研究的发展[2,3]。关于国内外换热器的数值模拟，经常采用二维研究，而在三维研究中，通常采用自编程的方法[4,5]。利用FLUENT软件模拟了管壳式换热器壳侧的三维流场，进行了有益的探索。 lt，BRgt，nbspFLUENT是世界上广泛使用的CFD软件，用于计算流体流动和传热问题。 FLU-ENT软件基于CFD软件组的思想。从用户需求的角度出发，它针对各种复杂的流动物理现象采用不同的离散格式和数值方法，以提高特定领域的计算速度，稳定性和准确性。实现最佳组合，以有效解决各个领域中复杂的流量计算问题。 lt，BRgt，nbsp1“模拟模型lt，BRgt，nbsp1.1”计算模型lt，BRgt，nbsp壳管式换热器壳侧流场数值计算，使用多孔介质和分布阻力模型。由于复杂的壳侧结构和热交换器的多种流型，影响流体流动和传热的因素很多。与管侧相比，壳侧流体的数值模拟非常复杂，尤其是在复杂的挡板结构中。对于。对于普通的折流板换热器，壳侧流体有时垂直于管束，有时平行于管束，一些流体从折流板与管之间的间隙以及管中流体之间的热交换耦合处泄漏。并且管外流体耦合在一起，管壳式换热器壳侧流场的数值模拟要求使用多孔介质和分布阻力模型来简化计算。分布阻力是考虑由热交换管的固体表面对流体流动造成的动量损失。 lt，BRgt，根据多孔介质模型和分布阻力模型，可以建立三维圆柱坐标系中流场和温度场的控制方程[6]。另外，可以建立控制方程的边界条件：（1）热交换器入口流体的焓值（温度），（2）壳侧流体入口部分的速度分布，以及（ 3）壳体的热边界条件（一般是绝热的），（4）热交换器的出口，通常可以是部分单向的。 lt，BRgt，nbsp1.2几何模型lt，BRgt，nbsp几何模型采用普通的管壳式换热器，单管通过，单管通过和弧形挡板，其结构示意图如图1所示，进行热交换探测器的几何参数列表1. lt，BRgt，lt，BRgt，nbsp1.3 GAMBIT网格模型lt，BRgt，nbsp（1）确定求解器lt，BRgt，nbsp选择用于CFD计算的求解器，是Fluent / Fluent5。 lt，BRgt，nbsp（2）创建热交换器模型并划分网格。使用GAMBIT创建管壳式换热器网格模型[7]，即根据表1的几何参数绘制换热器几何形状，并在GAMBIT中创建三维物理模型，网格间距为1毫米Lt，BRgt，nbsp（3）定义边界类型lt，BRgt，nbsp该模型有四种边界类型：入口，出口，gwall和qwall。 Lt，BRgt，nbsp（4）输出网格文件lt，BRgt，nbsp选择File / Export / Mesh，然后输入文件的路径和名称。 Lt，BRgt，nbsp（5）流体ltlt，BRgt，nbsp的物理参数壳层介质为水。在常压下，流体的初始速度为0m / s，3m / s，5m / s和10m / s，流体入口温度为360K，流体出口温度为320K，管壁温度为300K。 lt，BRgt，nbsp1.4“解决模型lt，BRgt，nbsp（1）建立解决方案模型”使用Fluent软件进行数值模拟。解的条件为隔离（解耦解法），隐式（隐式算法），3D（三维空间），稳态（恒流），绝对（速度）。 Lt，BRgt，nbsp（2）设置标准的k-ε湍流模型。当使用k-ε模型时，参考相关文献选择湍流粘度系数的值。 Lt，BRgt，nbsp（3）设定边界条件设定流体入口边界条件，出口边界条件和壳壁边界条件。 Lt，BRgt，nbsp（4）设置监控器和迭代计算采取不同的初始速度，开始迭代计算，当迭代130至150次时，计算将收敛并分析其残差曲线。 lt，BRgt，nbsp2结果与讨论lt，BRgt，nbsp2.1模拟结果lt，BRgt，nbsp（1）压力场lt，BRgt，nbsp分别模拟了不同初始速度的壳侧流体压力场，其中初始速度为5m / s的压力场分布如图2所示。lt，BRgt，lt，BRgt，nbsp（2）速度矢量场分别模拟了不同初始速度的壳侧流体速度矢量场，其中，速度矢量初始速度为5m / s的磁场如图3所示。lt，BRgt，lt，BRgt，nbsp（3）速度矢量场的温度分布模拟了壳侧流体速度矢量场在不同温度下的温度分布。初始速度。初始速度为5m / s时速度矢量场的温度分布如图4所示。 lt，BRgt，lt，BRgt，nbsp（4）特殊平面压力分布图以初始速度10m / s计算，创建x = 0平面的压力分布图，如图5所示。 BRgt，nbsp（5）以10m / s的炮口速度计算流线图，从进口到出口沿壳侧的流体流线图如图6所示。lt，BRgt，lt，BRgt，nbsp（ 6）XY曲线以初始速度10m / s计算，分析管壳式换热器中的流体压力分布，并绘制XY曲线。取坐标系中的点（0.02、0.02、0.2）和点（0.02、0.02，-0.2），结果曲线变化如图7所示。lt，BRgt，lt，BRgt，nbsp2.2结果讨论lt ，BRgt，nbsp（1）当使用Fluent进行数值模拟时，可以使用二阶离散化方法来避免一阶离散化方法的收敛性不理想。数据波动。 lt，BRgt，nbsp（2）流场压力特性lt，BRgt，如图2和图6所示，流体在入口和出口处产生较大的压降，并且每个挡板上的压降相对较小，并且每个挡板的压降基本相同。对于热交换器的壳侧流场的总压力分布，从图2，图6和图7可以看出，沿着流动方向总体上呈下降趋势。 lt，BRgt，nbsp（3）流场速度矢量lt，BRgt，如图3所示，由于存在折流板，速度呈周期性变化，并且换热管的存在使流体之间的混合更加强烈。每个挡板附近都有一个流速低的区域，流体流速变化很大y在入口和出口区域。 Lt，BRgt，nbsp（4）流场温度分布lt，BRgt，如图4所示，温度沿着壳侧流向逐渐降低，并且随着挡板数量的增加，温度的降低逐渐变小。对于初速为5m / s的流体，温度范围为317.54K至360.01K。 Lt，BRgt，nbsp（5）流线图分析lt，BRgt，图6显示了流体从入口到出口的流线图。该图共有10条流线，清楚地描述了流体的流动轨迹。 lt，BRgt，nbsp3结论lt，BRgt，nbsp本文以常用的弓形挡板壳管式换热器为研究对象，对壳侧三维流场的传热与传热进行了数值模拟。热交换器的。得出了在流体初始速度不同的情况下，换热器壳侧流体压力场，温度场和速度矢量场的分布图，并对结果进行了讨论。计算结果与实际情况吻合，表明计算模型是合适的。本文利用FLUENT软件对换热器壳侧流场进行三维数值模拟，为换热器的数值研究提供了有益的探索。 lt，BRgt，lt，BRgt，nbsp文章来自：中国热交换器网lt，/ FONTgt，