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FLUENT软件模拟管壳式换热器的壳侧三维流场

* 来源: * 作者: * 发表时间: 2020-03-12 1:00:09 * 浏览: 9
lt,FONTnbspface = Verdanagt,nbsp摘要:基于各向异性多孔介质和分布阻力模型,改进的k-ε模型和壁函数方法,利用FLUENT分析了普通管壳式换热器中壳侧流体的流动和传热软件。进行了三维数值模拟。计算了不同初始流速下管壳式换热器的速度场,温度场和压力场。计算结果与实际情况吻合,得出了参考值的结论。 Lt,BRgt,关键词:管壳式换热器,数值模拟,FLUENT,多孔介质,分布阻力,模型lt,BRgt,lt,BRgt,nbsp数值模拟是换热器研究的重要方法。 1974年初,Patankar和Spalding提出了将计算流体动力学应用于模拟管壳式换热器壳侧流场的方法[1]。但是,由于当时计算机和计算流体动力学的限制,研究进展缓慢。在1980年代,核电站换热设备的大规模,高参数化发展促进了换热器数值模拟研究的发展[2,3]。关于国内外换热器的数值模拟研究,经常采用二维研究,而在三维研究中,通常采用自编程的方法[4,5]。利用FLUENT软件模拟了管壳式换热器的壳侧三维流场,进行了有益的探索。 lt,BRgt,nbspFLUENT是世界上使用最广泛的CFD软件,用于计算流体流动和传热问题。 FLU-ENT软件基于CFD软件组的思想。从用户需求的角度出发,针对各种复杂的流动物理现象,采用不同的离散格式和数值方法来提高特定领域的计算速度,稳定性和准确性等。取得良好的结合,有效解决了复杂的流动计算难题。各个领域。 lt,BRgt,nbsp1仿真模型lt,BRgt,nbsp1.1计算模型lt,BRgt,nbsp壳管式换热器壳侧流场的数值计算,使用多孔介质和分布阻力模型。由于热交换器的复杂的壳侧结构和多样化的流动模式,有许多因素影响流体的流动和传热。与管侧相比,壳侧流体的数值模拟非常复杂,尤其是在复杂的折流板结构中。对于。对于普通的折流板换热器,壳侧流体有时垂直于管束,有时平行于管束,并且一部分流体从折流板和管之间的间隙泄漏,并且换热器之间管中的流体和管外的流体在一起,壳管式换热器中壳侧流场的数值模拟需要多孔介质和分布阻力模型来简化计算。分布阻力是考虑由热交换管的固体表面对流体流造成的动量损失。 lt,BRgt。根据多孔介质模型和分布阻力模型,可以建立三维圆柱坐标系中流场和温度场的控制方程[6]。此外,可以建立控制方程的边界条件:(1)热交换器入口处的流体的焓(温度);(2)壳体处的流体入口的横截面的速度分布侧面,(3)壳体的热边界条件(一般是绝热处理),(4)热交换器的出口通常适合局部单向条件。 lt,BRgt,nbsp1.2几何模型lt,BRgt,nbsp几何模型使用普通的管壳式换热器,单管侧,单壳侧和弓形挡板。结构示意图如图1所示。控制器的几何参数列表。 lt,BRgt,lt,BRgt,nbsp1.3 GAMBIT网格模型lt,BRgt,nbsp(1)确定求解器lt,BRgt,nbsp选择用于CFD计算的求解器,即Fluent / Fluent5。 ltBRgt,nbsp(2)创建一个热交换器模型并划分网格。使用GAMBIT创建壳管式热交换器的网格模型[7],即根据表1的几何参数绘制热交换器的几何形状。在GAMBIT中创建三维物理模型,其间距为网格是1mm。 Lt,BRgt,nbsp(3)定义边界类型lt,BRgt,nbsp。该模型有四种边界类型:入口,出口,管壁(gwall)和壳壁(qwall)。 Lt,BRgt,nbsp(4)输出网格文件lt,BRgt,nbsp选择文件/导出/网格,然后输入文件的路径和名称。 Lt,BRgt,nbsp(5)流体的物理参数lt,BRgt,nbsp壳侧介质是水。在常压下,流体的初始速度为0m / s,3m / s,5m / s和10m / s,流体入口温度为360K,流体出口温度为320K,管壁温度为300K。 lt,BRgt,nbsp1.4求解模型lt,BRgt,nbsp(1)建立求解模型使用Fluent软件进行数值模拟。解的条件为隔离(解耦),隐式(隐式算法),3D(三维空间),稳态(恒流)和绝对(速度)。 Lt,BRgt,nbsp(2)设置标准的k-ε湍流模型。粘性使用k-ε模型时,参考相关文献选择湍流粘度系数的值。 Lt,BRgt,nbsp(3)设定边界条件设定流体入口边界条件,出口边界条件和壳壁的边界条件。 Lt,BRgt,nbsp(4)设置监视器和迭代计算。采取不同的初始速度并开始迭代计算。经过130到150次迭代后,计算会收敛并分析残差曲线。 lt,BRgt,nbsp2结果与讨论lt,BRgt,nbsp2.1模拟结果lt,BRgt,nbsp(1)压力场lt,BRgt,nbsp分别模拟具有不同初始速度的壳侧流体压力场,其中初始速度为5m / s的压力场分布如图2所示。lt,BRgt,lt,BRgt和nbsp(2)速度矢量场模拟分别模拟具有不同初始速度的壳侧流体速度矢量场。其中,初始速度为5 m / s的速度矢量场如图2所示。 3. lt,BRgt,lt,BRgt,nbsp(3)速度矢量场的温度分布模拟了壳侧流体在不同初始速度下的速度矢量场的温度分布。图中显示了初始速度为5 m / s时速度矢量场的温度分布。所示为4。 lt,BRgt,lt,BRgt,nbsp(4)特殊平面压力分布图计算以10 m / s的初始速度执行,以在x = 0平面上创建压力分布图,如图5所示。lt ,BRgt,lt,BRgt,nbsp(5)以初始速度10 m / s计算出流线图运算器。沿壳体侧从入口到出口的流体流线图如图6所示。lt,BRgt,lt,BRgt,nbsp(6)XY曲线进行以初始速度10 m / s计算,分析流体在管壳式换热器中分布,并绘制XY曲线。取坐标系中的点(0.02、0.02、0.2)和点(0.02、0.02,-0.2),所形成曲线的变化如图7所示。lt,BRgt,lt,BRgt,nbsp2.2结果lt,BRgt,nbsp(1)当使用Fluent进行数值模拟时,使用二阶离散化方法可以避免一阶离散化方法的收敛性不理想。数据波动。 lt,BRgt,nbsp(2)流场的压力特性lt,BRgt。从图2和6可以看出,流体在入口和出口处产生很大的压降,并且每个挡板上的压降相对较大。每个挡板上的压降基本相同。至于热交换器的壳侧流场的总压力分布,可以从图2和3中看出。从图2,图6和图7可以看出,总体流动方向呈下降趋势。 lt,BRgt,nbsp(3)流场速度矢量lt,BRgt。从图3可以看出,由于挡板的存在,速度会周期性变化,并且热交换管的存在使流体的混合更加激烈。在每个挡板附近,都有一个流量较低的区域速度,并且在入口和出口区域,流体的流速变化很大。 Lt,BRgt,nbsp(4)流场的温度分布lt,BRgt。从图4可以看出,温度沿着壳侧流动方向逐渐降低,并且温度随着挡板数量的增加而逐渐降低。对于初始速度为5m / s的流体,温度范围为317.54K至360.01K。 Lt,BRgt,nbsp(5)流线图分析lt,BRgt,图6显示了流体从入口到出口的流线图。该图共有10条流线,清楚地描述了流体的流动轨迹。 lt,BRgt,nbsp3结论lt,BRgt,nbsp本文以常用的弓形挡板壳管式换热器为研究对象,并对热量在壳侧的三维流场和传热进行了数值模拟。交换器。得到了换热器壳侧流体在不同流体初始速度下的压力场,温度场和速度矢量场的分布图,并对结果进行了讨论。计算结果与实际情况吻合,表明该模型是合适的。本文利用FLUENT软件对换热器壳侧流场进行了三维数值模拟,为换热器的数值研究提供了有益的探索。 lt,BRgt,lt,BRgt,nbsp文章来自:中国热交换器网lt,/ FONTgt,