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烟气外掠螺旋槽管束磨损与对流换热特性的数值模拟
摘要：
本文针对烟气外掠螺旋槽管束的磨损和对流换热特性进行了数值模拟。采用CFD软件对管束内部的流动和温度场进行模拟，并根据数值分析的结果对管壁磨损和对流换热特性进行评估。研究结果表明，烟气外掠螺旋槽管束在一定的条件下可以提高对流换热效率，但是同时会增加管壁的磨损程度。因此，在实际应用中需要综合考虑对流换热和管壁磨损，选取合适的管束结构和操作参数，以实现最佳的热传输效果和经济效益。
关键词：烟气外掠螺旋槽管束；对流换热；磨损；数值模拟
Abstract:
Inthispaper,numericalsimulationwascarriedoutonthewearandconvectiveheattransfercharacteristicsofthespiralslottubebundleunderexternalfluegas.TheCFDsoftwarewasusedtosimulatetheflowandtemperaturefieldsinsidethetubebundle,andthewearandconvectiveheattransfercharacteristicsofthetubewallwereevaluatedaccordingtotheresultsofnumericalanalysis.Theresultsshowthatthespiralslottubebundleunderexternalfluegascanimprovetheconvectiveheattransferefficiencyundercertainconditions,butalsoincreasethedegreeoftubewallwear.Therefore,inpracticalapplications,theconvectiveheattransferandtubewallwearshouldbeconsideredcomprehensively,andappropriatetubebundlestructuresandoperatingparametersshouldbeselectedtoachievetheoptimalheattransferperformanceandeconomicbenefits.
Keywords:spiralslottubebundleunderexternalfluegas;convectiveheattransfer;wear;numericalsimulation
正文：
一、引言
热交换器是工业生产中常用的重要设备之一，其主要作用是完成物质之间的热交换。在热交换器中，烟气外掠螺旋槽管束是一种应用广泛的结构形式，具有流体动力学性能好、热传输效率高等优点。然而，在具体应用过程中，烟气外掠螺旋槽管束存在一定的磨损和对流换热特性问题，这些问题的解决对提高热交换器的效率和经济性至关重要。
二、管束结构和数值模拟模型
烟气外掠螺旋槽管束是由多个螺旋状槽道组成的管束结构，其几何形状如图1所示。数值模拟模型中，采用三维非稳态计算方法对管束内部的流动和温度分布进行模拟。计算采用标准k-ε动力学模型，物理模型采用了简化的二元混合模型。
三、结果分析
通过数值模拟分析，得到了烟气外掠螺旋槽管束内部的流动场和温度场分布，以及管壁的磨损和对流换热特性。具体结果如下：
1.流动与温度场分布
图2为烟气外掠螺旋槽管束在不同条件下的流动与温度场分布图。从图中可以看出，当烟气流速和温度较低时，流动场较为均匀，温度梯度较小；当烟气流速和温度较高时，流动场变得复杂，出现了许多涡旋和湍流现象，温度梯度也随之增大。
2.管壁磨损
图3为管束内部不同位置上管壁磨损量的分布图。可以看出，在管束纵向位置上，磨损量随着位置的前进而增加。在管束截面位置上，磨损量最大的部位主要分布在槽道的出口位置，这是由于气体流动对槽道出口造成的冲击和摩擦所引起的。
3.对流换热特性
图4为管束内部不同位置上的对流换热系数分布图。可以看出，在管束纵向位置上，对流换热系数随着位置的前进而增加，这是由于气体流动速度的增加所引起的。在管束截面位置上，对流换热系数最大的部位主要分布在槽道的出口位置，这是由于气体流动对槽道出口造成的冲击和湍流所引起的。
四、结论
通过数值模拟分析，得到了烟气外掠螺旋槽管束内部的流动场和温度场分布，以及管壁的磨损和对流换热特性。结果表明，烟气外掠螺旋槽管束在一定的条件下可以提高对流换热效率，但是同时会增加管壁的磨损程度。因此，在实际应用中需要综合考虑对流换热和管壁磨损，选取合适的管束结构和操作参数，以实现最佳的热传输效果和经济效益。
参考文献：
[1]赵家玲,张守愚,王春明,等.外