Fluent列管式换热器性能评价与分析(2)
“管式”换热器虽然在换热率、结构紧凑性和金属消耗量等方面都较新型换热器为弱，但其操作弹性大、材料选用范围广和结构坚固等优点，使其在高温高压和大型换热器中，仍占有相当优势。在套管式换热器、列管式换热器、蛇管式换热器等诸多管式换热器[5]中，蛇管式换热器是最早出现的一种结构简单且操作方便的传热设备，其按形式可分为沉浸式和喷淋式两种。套管式换热器原理为将两种直径不同的直管组装成同心套管，使用U型周管以串联方式连接多段直套管，内管和套管间隙中各流过一种流体，依此进行热交换。其结构简单，能耐高压，一般适用于流量较小和所需传热面积不大的情况。列管式换热器，又称管壳式换热器，主要由封头、壳体、管板、管束、管箱等部件组成，在管板上固定管束两端，管板和管束在壳体上进行固定，封头、壳体上装有供流体出人的接管。实现热交换过程中，一种流体在管束和与管束相通的管箱内流动，所经过的路程称为管程；另一种流体在管束与壳体之间的间隙中流动，所经路程称为壳程。
评价一台换热器工作性能的标准如下：(1)保持正常工作所需的温度；(2)保证炉子所需的热负荷；(3)保证安全生产；(4)较高的综合传热系数；(5)空气和烟气阻力小；(6)结构简单，制造简便，用料省，成本低，材料选用合理，节约耐热钢的用量；(7)使用寿命长。其中最重要的标准就是其综合传热系数及其使用寿命。换热器综合传热系数不仅决定了换热器换热面积的大小及被加热介质温度的高低，而且还影响换热器的温度效率和换热效率。
1.2 国内外研究现状及分析
1.3 本课题主要工作及研究方法
针对本课题，作者将列管式换热器作为研究对象，分析其换热的基本原理和强化换热的常用方案，掌握列管式换热器性能评价的基本方式。通过查阅专业文献，了解研究现状，分析列管式换热器的结构特点及性能评价方式，结合专业知识和理论，用专业软件建立相应的数学物理模型，并认真归纳、整理模拟结果，按照规范要求撰写论文。
在整个课题的完成过程中，作者先通过对专业文献和课程的研究学习，初步掌握列管式换热器的性能评价与分析的方法，了解影响其换热性能的各类影响因素。之后根据导师要求和指导，撰写实验方案，搭建列管式换热器试验台，按时按标准完成实验，并对实验数据进行分析，完成实验报告。根据前期的理论知识储备，运用CFD组件（主要是Fluent）建立相应的数学物理模型，对所研究列管式换热器进行数值模拟计算分析，进行计算机建模仿真模拟，归纳理论研究结果形成总结报告。最后，根据过程中掌握的列管式换热器的性能评价与分析的方法，分析影响列管式换热器换热性能的各类因素及各因素之间的影响规律，按要求完成毕业论文。
1.4 本课题完成过程中存在的不足
在课题完成过程中，由于种种主客观原因的影响，造成其中存在一些问题和不足。在数值模拟过程中，由于作者软件应用经验不足，以及时间顺序安排和分配的原因，作者只模拟了理想状态下主要换热过程，对于工程实际中侧向进出口、插件使用的情况并未做出模拟。模拟结果并不都尽如人意，在模拟中也出现了各种各样的问题，拖慢了进度。但是经过作者的努力，仍然得到了和现实情况切合度比较高的结果。在实验过程中，由于实验设备和工况限定的原因以及作者操作的不熟练，仅在80摄氏度以下及流量在40-120L/H的情况下进行了实验，主要的实验数据温度集中在27-50摄氏度之间，高温高压工况并未进行实验。同时，由于水中存在杂质以及设备相关原因造成的实验数据误差，将在后文中详细说明。在实验过程中，作者与实验的伙伴共同对本教研室新设的实验台进行了初步的熟悉和研究，并合作拍摄了简单的教学视频。在整个实验的进程中作者和伙伴也克服了许多琐碎的实际问题，在较为简陋的环境下完成了本实验，并为日后的实验者做出了大致的示例，这对于作者和合作者而言都是难忘的经历与难得的财富。对于本课题完成过程中存在的不足，作者都对其进行了总结和分析，引以为戒，反思解决方案，争取在日后的学习工作中避免出现类似的问题。