文档介绍：54 FLUENT 软件模拟管壳式换热器壳程三维流场
FLUENT 软件模拟管壳式换热器壳程三维流场
刘利平* 黄万年
( 郑州大学化工学院)
摘要基于各向异性多孔介质与分布阻力模型、修正 k -
模型和壁面函数法,
对普通管壳式换热器壳程流体的流动与传热, 利用 FLUENT 软件进行了三维数
值模拟。计算了不同流体初速下, 管壳式换热器壳程的速度场、温度场和压力场,
计算结果与实际情况相符, 得到了有参考价值的结论。
关键词管壳式换热器数值模拟 FLU ENT 多孔介质分布阻力模型
0 前言 1 模拟模型
数值模拟是换热器研究的一种重要手段。 1. 1 计算模型
应用计算流体力学模拟管壳式换热器无相变壳管壳式换热器壳程流场数值计算, 采用了
程流场, 由 Patankar 与 Spalding 在 1974 年最多孔介质与分布阻力模型。由于换热器壳程结
早提出[ 1] 。但由于受到当时计算机与计算流体构复杂以及流动形态多样化, 使得影响流体流
力学的条件限制, 研究进展缓慢。20 世纪 80 年动和传热的因素多, 相对于管程而言, 壳程流
代, 由于核电厂换热设备的大型化、高参数化体的数值模拟复杂, 特别是具有复杂折流板结
发展, 促进了换热器数值模拟研究的开展[ 2, 3] 。构的情况, 更为如此。对于普通折流板换热器,
关于国内外的换热器数值模拟研究, 采用二维壳程流体时而垂直于管束, 时而平行于管束, 还
研究的较多, 而在三维研究方面, 又通常采用有一部分流体从折流板与管子之间的间隙中泄
自己编程的方法[ 4, 5] 。利用 FLUENT 软件, 模漏, 同时管内流体与管外流体的热交换耦合在
拟管壳式换热器壳程三维流场, 本文进行了有一起, 因此进行管壳式换热器壳程流场的数值
益的探索。模拟, 需要采用多孔介质与分布阻力模型来简
FLUENT 是世界领先、应用广泛的 CFD 化计算。分布阻力是考虑换热管固体表面对流
软件, 用于计算流体流动和传热问题。FLU - 体流动所造成的动量损失。
ENT 软件是基于 CFD 软件群的思想, 从用户根据多孔介质模型与分布阻力模型, 可建
需求的角度出发, 针对各种复杂流动的物理现立三维圆柱坐标系中流场与温度场的控制方
象, 采用不同的离散格式和数值方法, 使得特程[ 6] 。此外, 还可建立控制方程组的边界条件:
定领域内的计算速度、稳定性和精度等达到最( 1) 换热器入口流体的焓值( 温度) ; ( 2) 壳程
佳组合, 从而高效率地解决各个领域的复杂流流体进口截面的速度分布; ( 3) 壳体的热边界
动计算问题。条件( 一般处理为绝热) ; ( 4) 换热器出口, 一
* 刘利平, 女, 1965 年 6 月生, 副教授。郑州市, 450002。
《化工装备技术》第 27 卷第 3 期 2006 年 55
般可取局部单向化条件。模型时, 湍流粘性系数的取值, 参考有关文献
1. 2 几何模型选取。
几何模型采用普通管壳式换热器, 单管程、( 3) 设置边界条件设置流体入口边界条
单壳程和弓形折流板, 其结构简图如图 1 所示, 件、出口边界条件和壳体壁面的边界条件。
换热器的几何参数列表 1。( 4)