多流程板壳式换热器流量分布特性的模拟与优化

发布时间：2022-02-18 07:37

　　以多流程板壳式换热器为研究对象,建立了板程与壳程的物理模型并进行数值模拟,分析了流速、流道数对流量分布特性的影响及流量分布特性对传热效率、压降的影响。通过增大导孔直径和改变入口角度对板程进行了优化,通过设置双入口和增加挡板对壳程进行了优化。研究表明:多流程板壳式换热器的板程与壳程均存在严重的流量分布不均匀现象,且板程要比壳程更为严重,不均匀性会随流速和流道数的增大而增大,并导致板程传热效率下降6%～14%、壳程下降2%～5%,且均造成压降的增大;增大导孔直径和改变入口角度均有利于板程流量的均匀分布,但效果有限,双入口模式可以很好地改善壳程流量分布的不均匀性,而添加挡板虽使不均匀性降低,但是造成了压降的增大。 

【文章来源】：热能动力工程. 2020,35(04)北大核心CSCD

【文章页数】：11 页

【部分图文】：

壳程各流道流量偏差分布图

图13为板程4×5、4×7和4×9流程组合的传热效率,壳程的传热效率在95%～98%之间,说明流量的不均匀分布对壳程传热效率的影响较小,原因在于:壳程流量分布的不均匀性整体上很小,各流道的流量十分接近,对于流量稍小的流道,流速小,换热系数小,但流体的温升大,对于流量稍大的流道,流速大,换热系数高,但流体的温升小,使总换热量差异较小。此外,传热效率随流道和流速的增大有下降趋势,并且4×5流程组合的传热效率变化要比4×9流程组合大,这是因为:一方面,传热效率随流道数和流速的增大而降低;另一方面,当流程1不均匀性较大时,造成进入流程2的温度要变高,温差越大对换热越有利,弥补流程1由于不均匀性造成的换热量下降。对于4×5流程组合,流程1的不均匀性很小,几乎不受流道数影响,而对于4×9流程组合,流程1的不均匀性较大,流道数影响较大,因而传热效率下降速率要小。

图14为单流道平均压降的变化情况。在同一流速下,随着流道数的增加,各流道的平均压降增加,明显地,各流道的平均压降却并不相同,流速越大、流道越多,压降差也越大,这表明由于流量分布不均匀的存在,导致了压降的增大,且不均匀性越大压降越大,这是由于压降与流速的平方成正比,数学意义上,各流道流速相等时总的压降是最小的,而各流道流速差异越大时,其总压降也就越大[9,24]。壳程的压降要远小于板程压降,且各流道数换热器单流道的平均压降也很相近,这是因为壳程的流量不均匀性要远小于板程,其各流道的流速较为接近,因此总压降相对较小。

【参考文献】：
期刊论文
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硕士论文
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本文编号：3630468