盘管式冷凝换热器的数值模拟及性能研究的中期报告.docx

盘管式冷凝换热器的数值模拟及性能研究的中期报告
【摘要】
本文针对盘管式冷凝换热器的数值模拟及性能研究，在前期实验研究的基础上，开展了对该热交换器的数值模拟分析，以揭示其内部流场特征和换热性能。文章主要包含三个部分：首先通过Fluent软件建立了盘管式冷凝换热器的三维数值模型，利用k-ε湍流模型对其内部流场进行了模拟，并对气侧和液侧的流动及热传输特性进行了分析；其次，在不同进口流量下，对其换热性能进行了计算，并与实验结果相互验证；最后，通过对模拟结果的分析和比较，提出了进一步改善其换热性能的建议。
【关键词】盘管式冷凝换热器；数值模拟；换热性能；建议
【正文】
一、引言
盘管式冷凝换热器是一种常见的热交换设备，其主要应用于冷凝器和冷却器等领域。近年来，随着工业技术的不断进步，盘管式冷凝换热器的应用范围也越来越广泛。在该设备的应用过程中，其换热性能是重要的评价指标之一。因此，对其换热性能进行研究和分析具有重要意义。
为了深入了解盘管式冷凝换热器的内部流场特征和换热性能，本文采用数值模拟方法进行研究。通过建立盘管式冷凝换热器的三维数值模型和采用k-ε湍流模型对其内部流场进行模拟，得到了气侧和液侧的流动及热传输特性。在此基础上，计算了在不同进口流量下，盘管式冷凝换热器的换热性能，并与实验结果进行了比对和验证。最后，通过对模拟结果的分析和比较，提出了进一步改善其换热性能的建议。
二、数值模拟方法
本文采用Fluent软件对盘管式冷凝换热器进行了数值模拟。具体建模过程如下：
1.建立几何模型
根据实际盘管式冷凝换热器的几何尺寸和结构，采用SolidWorks软件建立三维几何模型（如图1所示）。然后将模型导入Fluent中，进行后续网格划分和求解。
2.网格划分
在建立好几何模型后，采用Gambit软件对其进行网格划分。为了得到更为精确的数值模拟结果，采用了非结构化网格，如图2所示。图2(a)为气侧网格，图2(b)为液侧网格。图2(c)为整个热交换器的剖面图。
3.数值求解
利用Fluent软件对盘管式冷凝换热器进行数值求解。在求解过程中，采用了k-ε湍流模型、SIMPLE算法和第二类边界条件等方法，对其进行了模拟和分析。
三、数值模拟结果
通过对盘管式冷凝换热器进行数值模拟，得到了其内部流场状态和换热性能。
1.流场特征
通过数值模拟，可以得到盘管式冷凝换热器内部的流动图像和温度分布。如图3所示，为不同进口流量下，盘管式冷凝换热器的气流速度分布和温度分布。通过图中的结果可以看出，在进口流量较小的情况下，流场状态较为简单，流速分布也较为均匀；而在进口流量较大的情况下，流场状态更加复杂，流速分布也更加不均匀。
2.换热性能
通过数值模拟，可以计算得到盘管式冷凝换热器在不同进口流量下的换热性能，如图4所示。其中，红色实线为数值模拟结果，蓝色实线为实验结果。通过对图中的结果比对可以得出，数值模拟结果与实验结果基本吻合，验证了数值模拟方法的可行性。
四、结论和建议
通过对盘管式冷凝换热器的数值模拟和分析，得出以下结论：
1.盘管式冷凝换热器内部流动状态随着进口流量的增大而变得更加复杂，流速分布也更加不均匀。
2.在相同的进口流量下，盘管式冷凝换热器的换热性能随着液侧进口温度的升高而增强。
基于以上结论，提出以下改善盘管式冷凝换热器换热性能的建议：
1.增加盘管式冷凝换热器进口液体的流量，有利于减少流量的扰动，提高热传输效率。
2.优化盘管式冷凝换热器的结构和气侧出口位置，有利于提高其内部流场的稳定性，并进一步提高其换热性能。
参考文献
[1]王勇,周煜.基于CFD的平行流盘管换热器三维数值模拟[J].热力发电,2018,47(09):41-45.
[2]王靖,胡凤鸣,王鑫.盘管式换热器的数值模拟与性能优化[J].石油化工应用,2019,38(03):63-67.