一种板壳式换热器壳程物流分配特性的模拟与优化

doi:10.16085/j.issn.1000-6613.2015.10.008

化工进展 ›› 2015, Vol. 34 ›› Issue (10): 3569-3576.DOI: 10.16085/j.issn.1000-6613.2015.10.008

一种板壳式换热器壳程物流分配特性的模拟与优化

刘家瑞¹, 赵巍¹, 黄晓东², 张华¹

1 上海理工大学能源与动力工程学院, 上海 200093;
2 东莞埃欧热能技术有限公司, 广东东莞 523053

收稿日期:2015-04-08 修回日期:2015-04-28 出版日期:2015-10-05 发布日期:2015-10-05
通讯作者: 赵巍,讲师,博士,研究方向为自复叠制冷和换热器传热性能。E-mailzw_cherry@163.com。
作者简介:刘家瑞(1991—),男,硕士研究生,研究方向为板壳式换热器传热性能。
基金资助:
国家自然科学基金项目(51176124)。

Numerical simulation and optimization on fluid flow distribution performance of plate and shell heat exchanger's shell-side

LIU Jiarui¹, ZHAO Wei¹, HUANG Xiaodong², ZHANG Hua¹

1 School of Energy and Power Engineering, University of Shanghai for Science and Technology, Shanghai 200093, China;
2 Dongguan ARO Heat Energy Technology Co., Ltd., Dongguan 523053, Guangdong, China

Received:2015-04-08 Revised:2015-04-28 Online:2015-10-05 Published:2015-10-05

摘要/Abstract

摘要： 以一种板壳式换热器壳程为研究对象,建立了几何模型并进行了数值模拟,通过对各流道的流量偏差和相对标准差的计算,分析了壳程物流分配的特性,并总结了物流分配特性对换热器的传热效率、整体效能以及压降的影响。模拟与分析结果显示:换热器壳程存在严重的物流分配不均匀现象,这种现象会造成换热器整体效能的下降,同时造成压降的大幅升高,但是对于传热效率的影响很小,总换热量偏移不足3%。为了改善物流分配带来的影响,提高换热器的性能,通过在入口处设置封头和圆弧状条纹板对换热器壳程来进行优化设计。优化分析结果表明:该设计可以改善换热器物流分配不均匀性,并能使换热器效能下降明显降低,压降相对减小,可以为板壳式换热器的优化提供参考。

关键词: 板壳式换热器, 物流分配, 传热, 数值模拟, 优化设计

Abstract: This research established the geometric models of the Shell-side of plate and shell heat exchanger(PSHE). Numerical simulations calculated the deviations and the relative standard deviation of the mass flow, the fluid flow distribution performances were analyzed, the influences of fluid flow distribution performance on heat transfer efficiency, pressure drop and effectiveness of PSHE were analyzed. To optimize the design, a head and circular shaped stripe plate installed at the entrance could improve the impacts of fluid flow distribution and improve the performances of plate and shell heat exchanger. It was concluded that the uneven fluid flow distribution on the shell-side of plate and shell heat exchanger could significantly decrease the whole performances and increase the pressure drop, while it had little effects on the heat transfer efficiency, with the offset of the total heat exchange capacity less than 3%. Moreover, the optimization design not only improved the distribution uniformity obviously, but also made the drop of effectiveness and pressure drop less significant.

Key words: plate and shell heat exchanger(PSHE), fluid flow distribution, heat exchange, numerical simulation, optimization design

中图分类号:

TK172

刘家瑞, 赵巍, 黄晓东, 张华. 一种板壳式换热器壳程物流分配特性的模拟与优化[J]. 化工进展, 2015, 34(10): 3569-3576.

LIU Jiarui, ZHAO Wei, HUANG Xiaodong, ZHANG Hua. Numerical simulation and optimization on fluid flow distribution performance of plate and shell heat exchanger's shell-side[J]. Chemical Industry and Engineering Progree, 2015, 34(10): 3569-3576.

参考文献

[1] Fleeting R B. The effects of flow distribution in parallel channels of counter-flow heat exchangers[J]. Advances in Cryogenic Engineering,1967,12(2):352- 362.

[2] 焦安军,厉彦忠,张瑞,等. 物流分配的不均匀性对紧凑式换热器效能的影响[J]. 西安交通大学学报,2001,35(3):265-269.

[3] 焦安军,厉彦忠,张瑞,等. 封头结构对板翅式换热器物流分配不均匀性的影响[J]. 化工学报,2003,54(7):906-912.

[4] 张哲.板翅式换热器物流分配特性及换热的研究[D]. 西安:西安交通大学,2004.

[5] 赵镇南. 流量分布不均匀对板式换热器传热性能的影响[J]. 化工机械,2003,30(1):1-4.

[6] 赵镇南. 流量非均匀分布对板式换热器传热性能影响[J]. 石油化工设备,2003,32(3):18-22.

[7] 邓先和,王杨君,黄德斌,等. 来流不均匀分布对换热器传热的影响[J]. 华南理工大学学报:自然科学版,2004,32(2):1-3.

[8] 文键,厉彦忠,周爱民,等. 板翅式换热器入口结构的改进[J]. 吉林大学学报:工学版,2006,36(2):177-182.

[9] 姚成林,张浩. 带有导流翼的板翅式换热器封头结构优化设计研究[J]. 矿业安全与环保,2014,41(5):40-42.

[10] 仇嘉,魏文建,张绍志,等. 基于CFD数值模拟的板式换热器分配器性能研究[J]. 机械工程学报,2010,46(14):130-137.

[11] 王福军. 计算流体动力学分析——CFD软件原理与应用[M]. 北京:清华大学出版社,2004:113-126.

[12] 刘巍,王娟,朱春玲. 换热器流量分配不均匀性评价方法的比较[J]. 制冷与空调,2013,13(3):93-96.

[13] 王江,厉彦忠,张哲,等. 封头结构对板翅式换热器温度分布特性的影响[J]. 化工学报,2005,56(8):1413-1418.

[14] Habib M A,Mansour R Ben,Said S A M,et al. Evaluation of flow maldistribution in air-cooled heat exchangers[J]. Computers and Fluids,2009,38:677-690.

[15] 史美中,王中铮. 热交换器原理与设计[M]. 第4版. 南京:东南大学出版社,2012:130-137.

[16] 刘家瑞,赵巍,黄晓东,等. 板壳式换热器传热准则关系式的分析与实验研究[J]. 动力工程学报,2015,35(6):469-475.

[17] Ahmad M,Berthoud G,Mercier P. General characteristics of two-phase flow distribution in a compact heat exchanger[J]. International Journal of Heat and Mass Transfer,2009,52:442-450.

[18] Wen J,Li Y Z. Study of flow distribution and its improvement on the header of plate-fin heat exchanger[J]. Cryogenics,2004,44:823-831.

一种板壳式换热器壳程物流分配特性的模拟与优化

Numerical simulation and optimization on fluid flow distribution performance of plate and shell heat exchanger's shell-side

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[1]	肖辉, 张显均, 兰治科, 王苏豪, 王盛. 液态金属绕流管束流动传热进展[J]. 化工进展, 2023, 42(S1): 10-20.
[2]	王太, 苏硕, 李晟瑞, 马小龙, 刘春涛. 交流电场中贴壁气泡的动力学行为[J]. 化工进展, 2023, 42(S1): 133-141.
[3]	赵晨, 苗天泽, 张朝阳, 洪芳军, 汪大海. 负压状态窄缝通道乙二醇水溶液传热特性[J]. 化工进展, 2023, 42(S1): 148-157.
[4]	陈匡胤, 李蕊兰, 童杨, 沈建华. 质子交换膜燃料电池气体扩散层结构与设计研究进展[J]. 化工进展, 2023, 42(S1): 246-259.
[5]	孙玉玉, 蔡鑫磊, 汤吉海, 黄晶晶, 黄益平, 刘杰. 反应精馏合成甲基丙烯酸甲酯工艺优化及节能[J]. 化工进展, 2023, 42(S1): 56-63.
[6]	郭强, 赵文凯, 肖永厚. 增强流体扰动强化变压吸附甲硫醚/氮气分离的数值模拟[J]. 化工进展, 2023, 42(S1): 64-72.
[7]	邵博识, 谭宏博. 锯齿波纹板对挥发性有机物低温脱除过程强化模拟分析[J]. 化工进展, 2023, 42(S1): 84-93.
[8]	陈林, 徐培渊, 张晓慧, 陈杰, 徐振军, 陈嘉祥, 密晓光, 冯永昌, 梅德清. 液化天然气绕管式换热器壳侧混合工质流动及传热特性[J]. 化工进展, 2023, 42(9): 4496-4503.
[9]	刘炫麟, 王驿凯, 戴苏洲, 殷勇高. 热泵中氨基甲酸铵分解反应特性及反应器结构优化[J]. 化工进展, 2023, 42(9): 4522-4530.
[10]	赵曦, 马浩然, 李平, 黄爱玲. 错位碰撞型微混合器混合性能的模拟分析与优化设计[J]. 化工进展, 2023, 42(9): 4559-4572.
[11]	王晨, 白浩良, 康雪. 大功率UV-LED散热与纳米TiO₂光催化酸性红26耦合系统性能[J]. 化工进展, 2023, 42(9): 4905-4916.
[12]	卜治丞, 焦波, 林海花, 孙洪源. 脉动热管计算流体力学模型与研究进展[J]. 化工进展, 2023, 42(8): 4167-4181.
[13]	汪健生, 张辉鹏, 刘雪玲, 傅煜郭, 朱剑啸. 多孔介质结构对储层内流动和换热特性的影响[J]. 化工进展, 2023, 42(8): 4212-4220.
[14]	王云刚, 焦健, 邓世丰, 赵钦新, 邵怀爽. 冷凝换热与协同脱硫性能实验分析[J]. 化工进展, 2023, 42(8): 4230-4237.
[15]	叶振东, 刘涵, 吕静, 张亚宁, 刘洪芝. 基于钙镁二元盐的热化学储能反应器的性能优化[J]. 化工进展, 2023, 42(8): 4307-4314.