板殼式換熱器板管內(nèi)流場(chǎng)的數(shù)值模擬研究

張洋樂(lè)

(中國(guó)石化工程建設(shè)有限公司，北京 100101)

換熱器在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用極其廣泛，如何提高換熱器效率、優(yōu)化換熱器傳熱一直是人們關(guān)注的焦點(diǎn)。因此很多高效節(jié)能的換熱器，如翅片管式、扭曲管式、螺旋板式、折流桿式、板殼式換熱器等應(yīng)運(yùn)而生。其中板殼式換熱器是介于管殼式換熱器和板式換熱器之間的一種結(jié)構(gòu)形式，兼顧了管殼式換熱器和板式換熱器的優(yōu)點(diǎn)，可有效提高煉油化工企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和裝置運(yùn)行的效能。

板殼式換熱器由于換熱板片的特殊結(jié)構(gòu)，也存在工作壓力不宜過(guò)大、介質(zhì)溫度不宜過(guò)高、泄漏后不易修補(bǔ)等缺點(diǎn)，因此對(duì)板殼式換熱器的詳細(xì)研究十分必要。板殼式換熱器的板管內(nèi)、外流體均產(chǎn)生復(fù)雜的流動(dòng)，其復(fù)雜的流動(dòng)特性會(huì)獲得較強(qiáng)的旋轉(zhuǎn)擾動(dòng)。運(yùn)用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(Computational Fluid Dynamics，CFD)的模擬技術(shù)對(duì)換熱器的管程和殼程流場(chǎng)進(jìn)行模擬，可以對(duì)板管內(nèi)部的復(fù)雜流動(dòng)進(jìn)行較全面的分析。

本文以中國(guó)石化某公司潤(rùn)滑油系統(tǒng)改造項(xiàng)目80萬(wàn)t/a連續(xù)重整-苯抽提裝置中的換熱器改造作為研究實(shí)例，對(duì)比研究了板殼式換熱器直通紋板管和普通管殼式換熱器光管管內(nèi)的性能。管程流體介質(zhì)物性見(jiàn)表1。

表1 板殼式換熱器換熱板管內(nèi)的流體物性

1 數(shù)值模擬

1.1 實(shí)物模型及模擬計(jì)算方法

板殼式換熱器板束的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。模擬計(jì)算的換熱板厚度0.7mm(與實(shí)際沖壓換熱板厚度相同)，凸凹紋以中性面對(duì)稱，整體物理模型及實(shí)物如圖2所示。……