列管式油冷卻器常用指南 譽(yù)金機(jī)械誠(chéng)信為本

De BF和Catalano LA等人近提出一個(gè)新型沉浸粒子換熱器，它使用非常小的固體顆粒作為中間媒介來(lái)執(zhí)行兩個(gè)氣體在不同的溫度之間流動(dòng)的熱傳導(dǎo)，開(kāi)發(fā)了一種一維模型的理論計(jì)算換熱管長(zhǎng)度，確保規(guī)定的熱交換和評(píng)價(jià)粒子特性的影響;提供了一個(gè)數(shù)值程序設(shè)計(jì)優(yōu)化熱交換器的其他幾何參數(shù)，比如直徑和角度的入口和出口管道和粒子注入模式。目前，原穩(wěn)站管殼式換熱器運(yùn)行效果多人為經(jīng)驗(yàn)判斷，不能及時(shí)準(zhǔn)確地對(duì)運(yùn)行效果、存在問(wèn)題進(jìn)行診斷。對(duì)用于火力發(fā)電廠的換熱器，換熱溫度通常提供高于8000C，為了滿足這一條件，熱交換器應(yīng)該選區(qū)特殊的材料一一陶瓷，Monteiro DB等人門(mén)用CFD模擬來(lái)評(píng)估雷諾數(shù)在500到1500之間時(shí)傳熱因子和摩擦因子，比較了模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

換熱器管道的缺陷發(fā)生在支撐板附近，已成為鐵磁性換熱管重點(diǎn)監(jiān)測(cè)區(qū)域。上海交通大學(xué)的曾偉平在研究板式換熱器的換熱和壓降過(guò)程中，先從單相流在板式換熱器流動(dòng)出發(fā)，建立了單相的換熱和壓降模型，獲得某種具體板型的換熱及壓降關(guān)聯(lián)式系數(shù)，提出兩相流在板式換熱器中換熱的換熱關(guān)聯(lián)式和壓降公式。對(duì)換熱管道不同缺陷產(chǎn)生的漏磁信號(hào)進(jìn)行了二維模擬，考慮了靜態(tài)時(shí)的支撐板處缺陷深度、缺陷寬度、換熱器管道壁厚、檢測(cè)儀器低速運(yùn)動(dòng)，以及缺陷相對(duì)于支撐板處在不同的位置對(duì)檢測(cè)儀器輸出信號(hào)的影響，給出了漏磁場(chǎng)磁感強(qiáng)度隨以上參數(shù)變化的曲線。對(duì)同軸徑向熱管換熱器殼程進(jìn)行模擬計(jì)算，分析煙，速度、溫度及局部對(duì)流換熱系數(shù)沿殼程的變化規(guī)律，并尋求換熱器結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化值。

得到徑向熱管換熱器結(jié)構(gòu)優(yōu)化參數(shù)：橫向管距為縱向管距為翅片高度不應(yīng)高于，翅片間距為。對(duì)單弓形折流板式換熱器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理簡(jiǎn)化，利用參數(shù)化建模方法建立了管殼式換熱器的參數(shù)化模型，將定壁溫假設(shè)方法與同時(shí)考慮殼程和管程流體的兩流程禍合計(jì)算方法的模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，結(jié)果表明：同時(shí)考慮殼側(cè)和管側(cè)流體流動(dòng)與傳熱，更有助于揭示換熱器局部溫度場(chǎng)變化的實(shí)際情況，模擬結(jié)果與實(shí)際情況吻合較好，能夠?yàn)楣軞な綋Q熱器結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供更好的參考依據(jù)。換熱器內(nèi)砂沉積對(duì)結(jié)垢位置的影響換熱器內(nèi)管壁結(jié)垢主要受其液體介質(zhì)含砂濃度的影響，對(duì)管殼式換熱器殼程流場(chǎng)進(jìn)行了液一固兩相流數(shù)值模擬，根據(jù)模擬結(jié)果分析，確定換熱器的主要砂沉積位置。

但是由于換熱器大多體積龐大，內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，模型的網(wǎng)格處理比較復(fù)雜，且對(duì)計(jì)算機(jī)的配置要求高，前人的研究分為兩種，首先是利用多孔介質(zhì)模型，或者模擬換熱器理想模型。數(shù)值模擬與實(shí)驗(yàn)方法相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：模擬能力強(qiáng)。計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)既能模擬真實(shí)條件，又能模擬某些理想化的假定，拓寬了實(shí)驗(yàn)研宄的范圍，便于分析各種情況下?lián)Q熱器的運(yùn)行特性，并減少了實(shí)驗(yàn)的工作量。數(shù)據(jù)完整。數(shù)值計(jì)算可以得出換熱器內(nèi)部的流場(chǎng)、溫度場(chǎng)及壓力等參數(shù)的分布，據(jù)此，可以詳細(xì)分析換熱器內(nèi)管束結(jié)構(gòu)等布置的合理性、換熱器的換熱情況、換熱性能等。經(jīng)濟(jì)性好。對(duì)換熱器的出口平均溫度進(jìn)行分析，分析出口平均溫度與設(shè)計(jì)溫度之間的誤差，評(píng)價(jià)換熱器的換熱性能。利用計(jì)算機(jī)軟件數(shù)值計(jì)算的費(fèi)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于實(shí)驗(yàn)研究的費(fèi)用。周期短。數(shù)值模擬所用的時(shí)間相對(duì)于實(shí)驗(yàn)要少，方便從各種參數(shù)的匹配組合中快速選擇的方案。

采用的模型為大慶油田分公司原穩(wěn)站生產(chǎn)用油一油管殼式換熱器，內(nèi)部流通介質(zhì)為，內(nèi)部含有細(xì)沙等雜質(zhì)，這些雜質(zhì)也是導(dǎo)致?lián)Q熱器內(nèi)部結(jié)垢的主要因素。對(duì)于管殼式換熱器，換熱管直徑相對(duì)很小，數(shù)量眾多，容易發(fā)生堵塞和結(jié)垢，而且對(duì)換熱管的清洗和更換十分困難，管殼式換熱器管程內(nèi)部的流通介質(zhì)為比較清潔的流體。單弓形折流板管殼式換熱器物理模型復(fù)雜，因此選用適應(yīng)性強(qiáng)的正四面體和金字塔形非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，使用GAMBIT劃分網(wǎng)格。綜合油一油管殼式換熱器此特點(diǎn)，本課題著重研究換熱器殼程側(cè)的結(jié)垢。 

根據(jù)大慶油田分公司原穩(wěn)站油一油管殼式換熱器實(shí)體結(jié)構(gòu)尺寸，該換熱器內(nèi)部結(jié)構(gòu)極為復(fù)雜，折流板、換熱管數(shù)量眾多，換熱管直徑0.032m，殼程直徑1.4m，換熱器長(zhǎng)度為1 Om。換熱器體積巨大，換熱管直徑與換熱器長(zhǎng)度的比值小，利用CFD前處理軟件對(duì)其進(jìn)行網(wǎng)格處理困難，網(wǎng)格數(shù)量太多，對(duì)計(jì)算機(jī)配置的要求非常高。采用換熱器的傳熱系數(shù)作為換熱器換熱效果的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，以此來(lái)對(duì)比各組結(jié)坂工況的換熱器傳熱性能。