用ANSYS和FLUENT进行管壳式换热器整体分析(二)
责任编辑：hylng 浏览：33110次 时间： 2013-05-30 22:58:16 | 作者:郭崇志 林长青
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摘要:CFD模型正常工作状态下换热器的管程介质为饱和水蒸汽，蒸汽温度为110℃。壳程介质为自来 水，壳程流体进口速度为Vint=0.3m/s 。假如完全按照实际结构建立计算模型，势必给建模以及数值分析计算带来不便，因此在数值计算之前，需要对换热器中对温度场（即流体活动）..
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CFD模型 正常工作状态下换热器的管程介质为饱和水蒸汽，蒸汽温度为110℃。壳程介质为自来 水，壳程流体进口速度为Vint=0.3m/s 。假如完全按照实际结构建立计算模型，势必给建模以及数值分析计算带来不便，因此在数值计算之前，需要对换热器中对温度场（即流体活动）有影响的结构以及 变形相互之间受到约束的构件进行分析，然后对整体结构进行适当简化。根据换热器的安装和放置方式，运行中的换热器的结构关于垂直中心线对称，故建立对称模 型。在本文研究的换热器中，影响传热（温度场）的主要结构有导流筒、换热管、折流栅、管板、壳体，而变形受到约束的结构构件，主要有高温端和低温端管板、 换热管束、壳程筒体。因此实际建模中，模型应该包括对温度分布造成影响的结构以及产生热变形时受到约束的结构。整台换热器的温度场数值计算模型由导流筒流 道（进口段和出口段）和折流栅流道（总共六段）组成。 1.2 边界条件及求解 对于三维流场数值计算的边界条件，一般分为进口边界条件、出口边界条件、固体壁面及对称面四大类型。对于本文计算模型，边界条件的确定如下： 进口边界条件：正常工作条件下，换热器壳程进口（接管）速度往往是给定的，同时考虑到壳程为不可压缩流体，故给出速度进口条件。折流栅流道的进口边界根据上一流段的出口速度分布来给定。 出口边界条件：对于进口段模型其出口边界可定义为自由出流。对于折流栅段，经试算后发现设置出口自由出流的边界条件也适宜。 固体壁面：直接将固体壁面定义为非滑移(静止)壁面。 壳程内件及壳体外壁面定为尽热边界，对于蒸汽流过的通道表面则为恒壁温。 在 换热器中壳程内流体一般呈湍流活动状态。本文模拟的换热器壳程流体活动的雷诺数Re≈3060 ，因此在进行模拟计算时，需要考虑为其建立合适的湍流模型。工程上常用的是k-ε 模型，考虑到RNG k-ε 模型对于解这类题目的优越性，因此选择RNG k-ε 模型进行分析求解。本文计算模型中壳程流体不可压缩，不考虑体积力，因此选择分离求解器，可以更快得到收敛解。在分离求解器中对流项的离散方法上，在计算 时根据模型的情况适当结合一阶和二阶精度进行。 1.3 CFD 模拟结果 通过数值模拟计算，可以知道换热器内部的活动和 传热状况，可以获得流体或壁面的速度分布，温度和压力分布，还可以输出FLUENT 的温度场分析结果作为ANSYS 输进文件，为ANSYS 结构分析建立所需的边界条件，图2～图5 给出了Fluent 中典型且有代表性分段模型的壁面温度场分布。   |
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