管殼式換熱器流場溫度模擬

方文，任小中

（1.河南科技大學 機電工程學院，河南 洛陽471003；2.洛陽石化工程建設集團有限公司，河南 洛陽471012）

1 引言

現代仿真技術在工業領域已得到了廣泛應用，例如，在設計石化設備時采用CFD，可大幅度挖掘產品潛力，提高經濟效益[1]。本文在換熱器設計過程中進行CFD 分析，并對現場試驗的數據進行對比，驗證了設計結果的可靠性。

2 建立數學模型與設置計算過程

根據設計計算的設備參數，繪制出換熱器工作區域的幾何模型，包括管程、殼程、單弓型折流板，并根據生產工藝，設定介質材料、邊界條件等參數[2]，最后將導入幾何模型。仿真求解設置采用穩態求解器，設置湍流模型時選用標準KE 湍流模型。此外，還需要完成材料設置，邊界條件設置，求解方法設置，求解控制設置等相關步驟[3]，然后即可開始計算。

3 數據后處理

對計算結果進行后處理，可更直觀地觀察仿真結果。這里截取溫度云圖與流線圖如圖1和圖2所示。

根據觀察折流板附近的流線，可見在折流板處并未出現明顯的死區現象[4]。

圖1 介質溫度云圖

圖2 流線圖

4 現場測試

通過對比內部各段位置的介質溫度、壓力，可以得出換熱器的換熱功率與換熱效率。在管程與殼程上各自設定4 個取樣點放置傳感器，通過實驗測試各點的實際狀態，試驗數據和仿真數據如表1所示。

表1 各段溫度與壓力對比

5 結論

采用Fluent 進行換熱器的仿真與模擬，得出的換熱器的工作狀態與實驗數據基本吻合。

通過CFD 分析，能夠做到快速、準確、經濟地預估出設計方案的最終效果，能夠減少設計錯誤帶來的不必要損失。