螺旋扁管折流桿換熱器傳熱強化數值模擬研究

王斯民, 孫利娟, 宋 晨, 肖 娟, 簡冠平, 張早校, 文 鍵

(1.西安交通大學 化學工程與技術學院, 陜西 西安 710049;2.西安交通大學 能源與動力學院, 陜西 西安 710049)

1 前 言

折流桿換熱器(rod-baffle heat exchangers，RBHEs)由美國菲利普石油公司于1970年首次提出并制造，用折流柵代替折流板，有防止管束振動，降低殼程壓降，減少流動死區和漏流損失等優點[1-4]。很多學者對傳統RBHEs(換熱管為圓管且四邊形布置，折流桿為圓桿)進行了研究。Philiips公司GENTRY等[5-8]和中國鄭州大學熱能研究中心、董其伍等[9]和馬小明等[10]做了大量實驗，得到了傳統RBHEs殼程努塞爾數Nu和摩擦系數f的經驗關聯式。在此基礎上，研究集中在改變折流桿結構，換熱管結構及其布管方式。實驗方面：陳文昕[11]得出了三角形布管RBHEs經驗關聯式，與現有的正方形布管經驗關聯式比較，結果表明三角形布管方式更優。嚴良文等[12-13]研究了波形折流桿、三角形布管的 RBHEs，其總傳熱系數高于折流板換熱器。孔松濤等[14]證明了層流時45°菱形折流桿的RBHEs綜合傳熱系數比傳統RBHEs高20%。WANG等[15]發現雷諾數Re在2 000 ～ 4 800時，螺紋管RBHEs的傳熱系數比光管大38%，壓降相當。模擬方面：整體模型為主，多孔介質模型、周期性單元流道模型、周期性全截面模型、和“分段模擬，整體綜合”為輔。YANG等[16]對比了模擬與實驗結果發現了多孔介質模型和整體模型能夠同時準確計算傳熱和壓降。劉佳駒等[17-18]對比發現了深槽螺旋波紋管RBHEs綜合性能優于光管RBHEs。WANG等[19]證明波形折流桿，三角形布管的RBHEs殼程的綜合換熱性能比傳統RBHEs大10%。YU等[20]提出了六角形夾持和圓弧夾持式 RBHEs，結果表明六角形夾持結構的剛度大，適用于大、重管束，傳熱效果好，但整體性能指標低于圓弧夾持結構。……