【换热器CFD仿真】顺排与叉排排列的换热器区别仿真
目前,国内一些行业(如炼油、化工、电力等)所采用的空冷器正朝高效、紧凑的方向发展。这些行业原来所采用的空冷器多为绕片式或双金属轧片式,现在正逐渐采用更为高效、紧凑的套片式(穿片式)换热器。套片式换热器的传热性能通常优于双金属轧片式和绕片式换热器,这正是一些行业用套片式换热器取代原换热器的主要原因。然而,套片式换热器的管外流体流动阻力也比双金属轧片式和绕片式换热器要大,在相同的风机驱动下,管外流体流量会减少,平均换热温差会减小,从而影响工艺参数及换热量。在一些应用场合,可能会产生得不偿失的结果。
解决上述问题的方法之一可以是采用顺排结构的套片式换热器。目前各种应用场合下的套片式换热器几乎都采用叉排结构方式。由于顺排结构的流动阻力一般要低于叉排结构,而套片式的流动阻力又要高于轧片式或绕片式,因而采用顺排结构的套片式换热器与采用叉排结构的双金属轧片式和绕片式换热器相比,在管间距相同的前提下,管外流体流动阻力将会相差不多,甚至可能降低,从而不会影响到管外流体的流量和换热温差。尽管顺排结构的传热性能与叉排相比可能会有所下降,但与阻力下降的幅度相比,传热性能的下降幅度较小。因为套片式的传热本身强于轧片或绕片,因而顺排套片式换热器的传热强度不大会弱于叉排的轧片管或绕片管。究竟效果如何,值得进行研究,特别是试验研究。目前对套片式换热器的研究基本都针对叉排结构形式[1-3],对顺排换热器的研究鲜见报道。从Ｗｏｎｇ[4]给出的光管管束的管外对流换热和流动阻力的计算式看,顺排的换热系数与叉排相比平均低5%,流动阻力平均低50%。可见顺排与叉排相比,管外换热的下降比流动阻力的下降幅度小很多。前苏联的动力技术物理研究所[5]对叉排和顺排的圆翅片管束的换热和阻力性能进行了研究,结果表明,顺排与叉排相比,阻力低45%左右,换热性能低20%左右。Ｋａｙｓ和Ｌｏｎｄｏｎ[6]研究了顺排和叉排的套片管管束换热性能,但所研究的顺排的套片管管束的管子是扁平管,圆管的套片管管束只研究叉排形式,而未研究顺排形式。从Ｋａｙｓ和Ｌｏｎｄｏｎ关于扁平管的顺排和叉排(相同管间距)套片管管束的研究结果看,顺排的阻力低40%左右,换热低10%左右。上述的研究结果表明,相同管间距下顺排管束的换热强度固然比叉排低,但管外流动阻力的降低幅度要大得多。尽管套片管的特性与光管和翅片管不同,圆管与扁平管也不一样,但从定性上来看,应该是一致的。至于定量的数据,这正是要被研究的内容。综上所述,顺排与叉排相比,换热强度低得不多,阻力却下降很多,因而在某些对阻力有限制的场合,顺排是值得考虑的一种排列方式。本次研究主要采用试验研究的方法,分别对顺排和叉排的两个套片式换热器试件进行了试验。
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