管殼式換熱器由殼體、傳熱管束、管板、折流板(擋板)和管箱等部件組成。殼體多為圓筒形,內部裝有管束,管束兩端固定在管板上。進行換熱的冷熱兩種流體,一種在管內流動,稱為管程流體;另一種在管外流動,稱為殼程流體。為提高管外流體的傳熱分系數,通常在殼體內安裝若干擋板。擋板可提高殼程流體速度,迫使流體按規定路程多次橫向通過管束,增強流體湍流程度。換熱管在管板上可按等邊三角形或正方形排列。等邊三角形排列較緊湊,管外流體湍動程度高,傳熱分系數大;正方形排列則管外清洗方便,適用于易結垢的流體。②浮頭式換熱器管束一端的管板可自由浮動,完全消除了熱應力;且整個管束可從殼體中抽出,便于機械清洗和檢修。浮頭式換熱器的應用較廣,但結構比較復雜,造價較高。
③ U型管式換熱器 每根換熱管皆彎成U形,兩端分別固定在同一管板上下兩區,借助于管箱內的隔板分成進出口兩室。此種換熱器完全消除了熱應力,結構比浮頭式簡單,但管程不易清洗。
④渦流熱膜換熱器渦流熱膜換熱器的渦流熱膜傳熱技術,通過改變流體運動狀態來增加傳熱效果,當介質經過渦流管表面時,強力沖刷管子表面,從而提高換熱效率。高可達W/m2℃。同時這種結構實現了耐腐蝕、耐高溫、耐高壓、防結垢功能。其它類型的換熱器的流體通道為固定方向流形式,在換熱管表面形成繞流,對流換熱系數降低。在石化和化工制藥設備的換熱器系統中,管殼式換熱器以其結構堅固、可靠性高、適應性強等優點在化工生產和使用中一直占主導地位,被廣泛使用在精餾塔的塔頂冷凝器、冷卻器和塔底再沸器等。在管殼式換熱器的設計和使用中,積極考慮強化傳熱的新技術、新工藝,以提高能源利用率、減少金屬材料的消耗,對推進石油化工制藥行業的節能減排工作有著重要意義。殼程換熱管之間插入螺旋扭片,螺旋扭片的?插入可以有效地改變殼程流體的流動形式,使殼?程流體產生多股自螺旋流的復雜流動形態[3],有?效提高換熱管束壁面的流體速度,實現不同殼體?半徑處流體的充分混合,從而達到強化傳熱的目?的。本文利用FLUENT軟件對這種新型縱向多?螺旋流管殼式換熱器的殼程湍流流動及換熱進?行了三維數值模擬,根據模擬結果并對這種利用?螺旋扭片強化換熱器殼程流體換熱的機理進行?了有益的探討。1 模擬模型
模擬采用的換熱器為單管程、單殼程和螺旋扭?片結構。換熱器以正方形布管,圖1為螺旋扭片的?Pro/e三維立體示意圖。圖2為換熱管與螺旋扭片?之間定位關系示意圖。
由于縱向多螺旋流管殼式換熱器的殼程結構比?較復雜,采用四面體網格劃分,管程采用六面體網格?劃分。此模型中邊界類型有4種:進口、出口、管壁?和殼壁[4-5]。模擬模型的數學形式建立時,主要考慮?設置管程、殼程內流體滿足控制守恒的連續性方程、質量方程、動量方程以及能量方程等。因殼程流體?處于湍流狀態,進一步設置湍流k-ε模型。相關設?置完成后,進行了迭代計算,每次迭代210次左右?時,計算收斂,進行其殘差曲線的分析。管殼式換熱器由殼體、傳熱管束、管板、折流板(擋板)和管箱等部件組成。殼體多為圓筒形,內部裝有管束,管束兩端固定在管板上。進行換熱的冷熱兩種流體,一種在管內流動,稱為管程流體;另一種在管外流動,稱為殼程流體。為提高管外流體的傳熱分系數,通常在殼體內安裝若干擋板。擋板可提高殼程流體速度,迫使流體按規定路程多次橫向通過管束,增強流體湍流程度。換熱管在管板上可按等邊三角形或正方形排列。等邊三角形排列較緊湊,管外流體湍動程度高,傳熱分系數大;正方形排列則管外清洗方便,適用于易結垢的流體。
流體每通過管束一次稱為一個管程;每通過殼體一次稱為一個殼程。圖示為簡單的單殼程單管程換熱器,簡稱為1-1型換熱器。為提高管內流體速度,可在兩端管箱內設置隔板,將全部管子均分成若干組。這樣流體每次只通過部分管子,因而在管束中往返多次,這稱為多管程。同樣,為提高管外流速,也可在殼體內安裝縱向擋板,迫使流體多次通過殼體空間,稱為多殼程。多管程與多殼程可配合應用。
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