大小孔折流板換熱器殼程場協同分析

孫海陽

（太原理工大學 化學化工學院，山西 太原 030024）

0 引言

大小孔折流板換熱器是由錢才富等人提出并已授權的專利產品［1］，其主要目的是降低甚至消除管束的誘導振動。這種折流板換熱器能夠變殼程流體的橫向流為縱向環隙貼壁射流，所以可以大大降低殼程阻力并且具有良好的強化傳熱性能［2－5］。

場協同理論是過增元從二維層流邊界層能量方程出發提出的強化對流傳熱機制。該理論認為：對流換熱可等同于有內熱源的導熱，熱源項的大小決定了對流換熱的強度；源項的大小不僅取決于溫差、流速和流體的物性，還取決于速度場與熱流場協同的程度，若在速度場、溫度梯度分布一定的條件下，二者之間的夾角（場協同角）對對流傳熱強度有重要影響，夾角越小，傳熱強度愈高［6－9］。

本文通過建立周期性的有限元模型，對大小孔折流板換熱器的殼程流場和溫度場進行了數值模擬，并應用場協同理論對其進行了分析，目的在于探索換熱器殼側的場協同效果，尋求殼程強化傳熱的新途徑。

1 數值模擬

1.1 數值模型

根據大小孔折流板換熱器殼程結構和流動的特點，在實際的模擬中將整個殼程簡化為周期性單元流道模型，如圖1 所示，其中換熱管的規格為25mm×2.5mm，管間距為32mm，板間距為150mm，對應的大小孔折流板大孔直徑為Φ30mm，一個周期性單元流道的長度為兩倍板間距300mm。采用四面體／金字塔結構的網格，劃分后的網格如圖2 所示。

1.2 邊界條件和計算方法

如圖1 所示，面1～4設置為對稱面，流道的兩個端面設置為周期性邊界，介質為水，介質的入口溫度為300K?！?br>