盤(pán)管式冷凝換熱器的數(shù)值模擬及性能研究的中期報(bào)告

盤(pán)管式冷凝換熱器的數(shù)值模擬及性能研究的中期報(bào)告【摘要】本文針對(duì)盤(pán)管式冷凝換熱器的數(shù)值模擬及性能研究，在前期實(shí)驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，開(kāi)展了對(duì)該熱交換器的數(shù)值模擬分析，以揭示其內(nèi)部流場(chǎng)特征和換熱性能。文章主要包含三個(gè)部分：首先通過(guò)Fluent軟件建立了盤(pán)管式冷凝換熱器的三維數(shù)值模型，利用k-ε湍流模型對(duì)其內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行了模擬，并對(duì)氣側(cè)和液側(cè)的流動(dòng)及熱傳輸特性進(jìn)行了分析；其次，在不同進(jìn)口流量下，對(duì)其換熱性能進(jìn)行了計(jì)算，并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相互驗(yàn)證；最后，通過(guò)對(duì)模擬結(jié)果的分析和比較，提出了進(jìn)一步改善其換熱性能的建議。【關(guān)鍵詞】盤(pán)管式冷凝換熱器；數(shù)值模擬；換熱性能；建議【正文】一、引言盤(pán)管式冷凝換熱器是一種常見(jiàn)的熱交換設(shè)備，其主要應(yīng)用于冷凝器和冷卻器等領(lǐng)域。近年來(lái)，隨著工業(yè)技術(shù)的不斷進(jìn)步，盤(pán)管式冷凝換熱器的應(yīng)用范圍也越來(lái)越廣泛。在該設(shè)備的應(yīng)用過(guò)程中，其換熱性能是重要的評(píng)價(jià)指標(biāo)之一。因此，對(duì)其換熱性能進(jìn)行研究和分析具有重要意義。為了深入了解盤(pán)管式冷凝換熱器的內(nèi)部流場(chǎng)特征和換熱性能，本文采用數(shù)值模擬方法進(jìn)行研究。通過(guò)建立盤(pán)管式冷凝換熱器的三維數(shù)值模型和采用k-ε湍流模型對(duì)其內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行模擬，得到了氣側(cè)和液側(cè)的流動(dòng)及熱傳輸特性。在此基礎(chǔ)上，計(jì)算了在不同進(jìn)口流量下，盤(pán)管式冷凝換熱器的換熱性能，并與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了比對(duì)和驗(yàn)證。最后，通過(guò)對(duì)模擬結(jié)果的分析和比較，提出了進(jìn)一步改善其換熱性能的建議。二、數(shù)值模擬方法本文采用Fluent軟件對(duì)盤(pán)管式冷凝換熱器進(jìn)行了數(shù)值模擬。具體建模過(guò)程如下：1.建立幾何模型根據(jù)實(shí)際盤(pán)管式冷凝換熱器的幾何尺寸和結(jié)構(gòu)，采用SolidWorks軟件建立三維幾何模型（如圖1所示）。然后將模型導(dǎo)入Fluent中，進(jìn)行后續(xù)網(wǎng)格劃分和求解。2.網(wǎng)格劃分在建立好幾何模型后，采用Gambit軟件對(duì)其進(jìn)行網(wǎng)格劃分。為了得到更為精確的數(shù)值模擬結(jié)果，采用了非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，如圖2所示。圖2(a)為氣側(cè)網(wǎng)格，圖2(b)為液側(cè)網(wǎng)格。圖2(c)為整個(gè)熱交換器的剖面圖。3.數(shù)值求解利用Fluent軟件對(duì)盤(pán)管式冷凝換熱器進(jìn)行數(shù)值求解。在求解過(guò)程中，采用了k-ε湍流模型、SIMPLE算法和第二類(lèi)邊界條件等方法，對(duì)其進(jìn)行了模擬和分析。三、數(shù)值模擬結(jié)果通過(guò)對(duì)盤(pán)管式冷凝換熱器進(jìn)行數(shù)值模擬，得到了其內(nèi)部流場(chǎng)狀態(tài)和換熱性能。1.流場(chǎng)特征通過(guò)數(shù)值模擬，可以得到盤(pán)管式冷凝換熱器內(nèi)部的流動(dòng)圖像和溫度分布。如圖3所示，為不同進(jìn)口流量下，盤(pán)管式冷凝換熱器的氣流速度分布和溫度分布。通過(guò)圖中的結(jié)果可以看出，在進(jìn)口流量較小的情況下，流場(chǎng)狀態(tài)較為簡(jiǎn)單，流速分布也較為均勻；而在進(jìn)口流量較大的情況下，流場(chǎng)狀態(tài)更加復(fù)雜，流速分布也更加不均勻。2.換熱性能通過(guò)數(shù)值模擬，可以計(jì)算得到盤(pán)管式冷凝換熱器在不同進(jìn)口流量下的換熱性能，如圖4所示。其中，紅色實(shí)線為數(shù)值模擬結(jié)果，藍(lán)色實(shí)線為實(shí)驗(yàn)結(jié)果。通過(guò)對(duì)圖中的結(jié)果比對(duì)可以得出，數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本吻合，驗(yàn)證了數(shù)值模擬方法的可行性。四、結(jié)論和建議通過(guò)對(duì)盤(pán)管式冷凝換熱器的數(shù)值模擬和分析，得出以下結(jié)論：1.盤(pán)管式冷凝換熱器內(nèi)部流動(dòng)狀態(tài)隨著進(jìn)口流量的增大而變得更加復(fù)雜，流速分布也更加不均勻。2.在相同的進(jìn)口流量下，盤(pán)管式冷凝換熱器的換熱性能隨著液側(cè)進(jìn)口溫度的升高而增強(qiáng)?；谝陨辖Y(jié)論，提出以下改善盤(pán)管式冷凝換熱器換熱性能的建議：1.增加盤(pán)管式冷凝換熱器進(jìn)口液體的流量，有利于減少流量的擾動(dòng)，提高熱傳輸效率。2.優(yōu)化盤(pán)管式冷凝換熱器的結(jié)構(gòu)和氣側(cè)出口位置，有利于提高其內(nèi)部流場(chǎng)的穩(wěn)定性，并進(jìn)一步提高其換熱性能。參考文獻(xiàn)[1]王勇,周煜.基于CFD的平行流盤(pán)管換熱器三維數(shù)值模擬[J].熱力發(fā)電,2018,4