山东庆邦能源科技有限公司国家级大型企业集团。本公司具有一二类压力容器设计许可证、三类压力容器制造许可证、环境工程设计资质、消防设备制造许可证和自营进出口权。全面通过国际ISO9001质量体系认证。公司主营一二三类压力容器,供水消防设备,各类工业及民用换热器换热机组等换热设备。主要产品有等离子体换热器等离子体改性强化换热机组囊式膨胀水箱,无负压供水设备板式换热器,容积式换热器,智能换热机组,模块换热器,除氧器,热网加热器等。下面给大家介绍一下: 换热器流动均匀性的判定
      带有导流筒结构的管壳式换热器是为强化管壳式换热器传热效率、改进壳程结构而开发出的一种新型结构。设置导流筒不仅可以防止入口处高速流体对管束的直接冲击,而且有利于壳程流体的相对均匀分布,也可减少传热死区及防止进口段可能出现的流体振动。目前,国外对换热器导流筒结构的研究也不多见。
        1、导流筒结构目前,换热器导流筒的结构主要有3种形式。其中结构由于制造复杂与受力状况不良等原因,已逐渐被所示结构取代。
   所示导流筒采用了变截面结构,斜口状导流筒易于保证流体沿周向均匀进入壳体,利于壳体内流体的流动及传热。目前还没有对变截面导流筒的高端长度(即高端距离管板的距离L)、变截面角度、夹套高度h等参数的设计方法与规范。
  变截面导流筒结构的优劣取决于其内部流场均匀性。一般采用实验方法进行研究,但实验方法周期长、场地要求高、操作复杂等特点使得其在实际研究中的可操作性降低。随着计算流体力学CFD(computationalfluiddynamics)、计算传热学的发展及计算机硬件技术的不断提高,采用数值模拟方法对换热器结构及内部流场进行模拟与仿真已成为可能。文中采用数值模拟方法对变截面导流筒结构内流体的流动规律进行分析研究,探讨其内部流体流动均匀性与其结构参数间的关系,进而为变截面导流筒结构的设计与优化提供理论依据。
  2、模型建立
2.1几何模型变截面导流筒装置的几何形状、边界条件及流动状况等条件均关于yz平面对称,所以在建立该三维几何模型时可以仅建立整体变截面导流筒模型的一半,以减少网格划分及运算过程中内存的消耗量,提高计算速度。考虑到变截面导流筒几何模型的不规则性与复杂性,为保证网格质量、计算速度及计算精度,笔者对该模型采用了分块网格划分方法。
  2.2计算模型实际工作状态下换热器壳程内流体一般呈湍流状态,且该导流筒几何模型中存在较多的剧烈几何转折部分,易于产生旋涡。因此,选用比较适合解决这类问题的RNG(RenormalizationGroup)k模型对本文研究对象进行求解,两方程表达如下:k方程:2.3边界条件根据换热器夹套式变截面导流筒内流体流动的实际情况及RNGk模型的边界定义条件,对所研究的三维模型的边界条件定义如下。
  (1)入口边界条件由于换热器在工作或设计时其壳程进口(壳程进口接管)速度往往是给定的或者由上一个工序所决定,考虑到本文的数值计算是以不可压缩流体(水)为工艺介质,因此,将速度进口条件作为该计算模型的入口边界条件。假定壳程进口流场为均匀分布的流场,并给出符合换热器实际工作状况的进口速度:uy=3m/s,ux=uz=0.
  (2)出口边界条件根据本模型的实际意义,将压力出口边界条件定义为本模型的出口边界条件。
  从本模型的几何结构可以看到,此处的出口面为导流筒进入壳程的某一截面,设此截面上的压力条件为出口边界条件,即pout=0(表压)。
  (3)固体壁面本模型固体壁面很明显是静止的、无滑移的,因此直接将固体壁面边界条件定义为非滑移(静止)壁面。
  (4)对称面该模型对称面为yz平面。
  3、计算及其结果分析实际应用中影响变截面导流筒内流场分布的因素很多,通过多次模拟计算,笔者发现导流筒结构中的L、h这3个参数对变截面导流筒内流场分布影响较大,故数值计算在固定导流筒内筒直径及接管内径的情况下进行,内筒直径和接管内径选择工程上常用的600mm和182mm.本文选择分离求解器,采用SIMPLEC算法对模型进行计算。
  3.1流动均匀性的判定文中克服长期以来数值模拟多采用图形定性分析的缺点,借助多种数据处理软件(Excel、Origin等)及数学方法实现对数值模拟结果的定量分析,采用图形与数学计算相结合的方式对模拟结果进行更清晰准确的描述。
  衡量导流筒结构优化与否的指标是导流装置内壳程进口截面的流体流动速度的均匀性。借助统计学中常用的标准差概念来描述带有导流装置的换热器壳程进口截面的速度分布情况,即:S=1nni=1(vi-v)2(3)式中,vi为导流筒进口截面上各节点速度,v为导流筒进口截面上流体的平均速度,m/s;n为导流筒进口截面上的节点数。
  从标准差的定义可知,S愈小,说明该面上速度的分布越均匀,即导流筒结构参数越合理。
  3.2L对流场的影响改变L,固定其他参数值,在上述模型及计算条件的基础上对变截面导流筒内流场进行数值计算,得出不同L下模型的纵截面速度云图,。从速度云图中可大致看出模型内流体主流流动趋势。
  将导流筒进口截面上各节点速度值导出,借助Origin数据处理软件得出各L所对应的S,并绘制出SL关系曲线。
  结合可知,在其他各因素均固定的条件下,L处横截面上的速度标准差在L的常用范围(L=50100mm)内大致随L的增大而减小,即随着导流筒高端距离管板间距的不断增大,其导流筒进口截面速度均匀性逐渐变优。因此,仅从提高导流筒进口截面流体流动均匀性的角度出发,建议选用L较大的导流筒结构,以保证导流筒进口截面的速度分布均匀性。但应注意,在增大L的同时要避免导流筒距离接管的间距过于接近接管的位置,以减小接管位置对其内部流场速度分布的影响。
  3.3角度对流场的影响采用正交计算方法,在各固定的L、h下改变,研究对S的影响。L=50mm、h=100mm时所对应的不同的模型纵对称面的速度云图。
  从可以看出,随着变化,导流筒进口斜截面上速度均匀性与其主流区流体流动状况均在发生变化。结合对进口斜面上流体速度的统计计算,得出该条件下与S的关系曲线。
  结合上述模型的纵截面速度云图及S关系曲线图可知,在该研究条件下,随着在计算范围内的不断增加,S呈现逐渐减小的状态,即导流筒进口斜截面上速度分布逐渐均匀。对其他各条件下?变化对S的影响的分析均表明上述示例中?与S之间的相互关系基本相似,S随?的增大而减小。限于篇幅有限,这里不逐一列出。
  3.4夹套高度h对流场的影响兼顾设计要求与经济效益,取夹套高度h在50100mm作正交计算。L=50mm、=15时不同h所对应的各模型的纵对称面速度云图,从图中可大致看出流体在模型内的主流流动情况。
  通过对该模型下进口斜面上流体速度的统计计算,得出该条件下S与h的关系曲线。
  结合上述模型的纵截面速度云图及Sh关系曲线图可知,在常用计算范围内(h=50100mm),导流筒进口斜截面上速度标准差S基本上是随着h的增大而减小的(考虑到工程造价的实际问题,该范围以外的流动规律不再考虑),且S的变化不是很大,曲线比较平滑。如果仅从S考虑,建议h取得大一些。通过对其他各条件下h的变化对S的影响分析发现,上述示例中h与S之间的相互关系在各条件下基本相似。
  3.5回归分析在上述分析研究的基础上,通过因次分析法将影响流场的主要因素无因次化,通过回归分析的方法将各参数综合变化对流场的影响情况规律化,结论如下:S=0161(h/D)-043(L/D)-0168[L/(L tg)]0166(4)从式(4)可发现,在固定其他参数的情况下,增大L、h、?中任一个参数值均会减小S,即改善导流筒进口斜截面上速度分布的均匀性。
  4、增大管壳式换热器变截面导流筒结构参数L、h、中的任意一个参数值,导流筒进口斜截面上速度分布的均匀性均可得到改善。这一结果对变截面导流筒结构的设计与优化均有一定的指导作用。
公司理念:“创新是发展的灵魂”、“干事创业是企业的行动”,山东庆邦能源科技有限公司在新世纪里将以全新的体制、精良的技术、高效的管理、一流的质量为广大客户提供全方位的优质的服务,并竭诚与各界朋友携未来,共创辉煌!

 

页底导航:山东庆邦换热器  山东庆邦等离子体换热器  山东庆邦等离子体换热机组  山东庆邦无负压供水设备 
山东庆邦囊式膨胀水箱  山东庆邦容积式换热器  山东庆邦板式换热器
版权所有:山东庆邦能源科技有限公司
  | 联系我们 | 山东庆邦网站地图 鲁ICP备17021569号-3