管壳式换热器壳程流体特性的CFD数值模拟分析

"这篇论文是2009年由王丹、董其伍和刘敏珊在南京工业大学学报自然科学版上发表的，标题为“管壳式换热器壳程特性数值模拟”。研究中，作者们运用CFD软件FLUENT建立了管壳式换热器的模型，并对壳程内的流体流动和传热性能进行了数值模拟分析。他们关注的重点是如何判断周期性充分发展段，并从压力差、无因次温度和速度三个方面，探讨了不同流速、不同介质和不同折流板间距对壳程性能的影响。结果揭示，在固定管壳式换热器结构的前提下，进出口段对壳程流体流动和传热周期性充分发展段的影响长度并不随壳程流体性质和流速变化，但会随着折流板间距与筒体内径比值的增大而增大。该研究对于优化换热器设计和提升能源效率具有重要意义。" 本文是自然科学领域的论文，主要研究对象是管壳式换热器，这是一种广泛应用在工业中的换热设备。通过使用计算流体力学（CFD）工具FLUENT，研究人员能够构建并模拟换热器的壳程部分，壳程是流体流动和热量交换的主要区域。他们对模型进行了一系列参数变化，包括不同的流体速度、流体介质和折流板间距，以此来观察这些因素如何改变壳程内的流动和传热特性。 关键发现之一是，无论壳程流体的性质或流动速度如何变化，管壳式换热器的进出口段对壳程内流体流动和传热达到周期性充分发展状态的影响长度保持不变。这意味着设计者在考虑这些因素时，可以相对独立地优化其他设计参数，而不必过分担忧进出口段的直接影响。 其次，研究指出折流板间距与筒体内径的比例增大将增加进出口段对壳程性能的影响长度。折流板的主要作用是引导和加速流体，增加接触面积，提高传热效率。因此，调整这个比例可能会影响整个换热器的热效率和流体动力学性能。 这项研究对于理解和优化管壳式换热器的设计至关重要，特别是在追求更高效、更节能的工业流程中。通过数值模拟，工程师可以预测并改进换热器的性能，从而减少能耗，降低成本，同时提高生产效率。这种深入的数值模拟方法也为未来类似的工程问题提供了研究范例和理论支持。