对单弓形折流板换热器进行流场数值模拟与结构优化

折流板换热器是广泛使用的一种换热器,其壳程压降大、能耗高且壳程存在严重的传热死区,因此研究如何降低压降、减小或消除壳程传热死区具有重要的工程意义。王杨君等人\[6\]在减小传热死区方面提出了加入分隔板的概念,但是在加入分隔板后,壳程压降增大很多,换热器的能耗太大。通过数值模拟,可以看到壳程压降的大小在很大程度上取决于折流板缺口弦高。如果通过改变折流板缺口弦高和分隔板尺寸能使壳程的压降降低、壳程流场得到均化、壳程传热死区被消除,那么这种改进方案无疑是的。对这种壳程流场的改进方案进行了一系列的数值模拟,来验证改进方案的可行性。改进的换热器结构示意图如图2所示。
    笔者通过建立在阻力经验公式和多孔介质基础之上的计算模型,研究单弓形折流板换热器加入分隔板前后的流场和传热的变化情况。计算模型采用了周期性模型理论,湍流模型采用κ ε湍流模型,用SIMPLE方法求解方程,采用一阶迎风差分格式。各模型结构的布管方式、布管数目及折流板间距均一样,仅改变分隔板、折流板的尺寸。