盘管式冷凝换热器的数值模拟及性能研究的中期报告.pdf

盘管式冷凝换热器的数值模拟及性能研究的中期报

告

【摘要】

本文针对盘管式冷凝换热器的数值模拟及性能研究，在前期实验研

究的基础上，开展了对该热交换器的数值模拟分析，以揭示其内部流场

特征和换热性能。文章主要包含三个部分：首先通过Fluent软件建立了

盘管式冷凝换热器的三维数值模型，利用k-ε湍流模型对其内部流场进行

了模拟，并对气侧和液侧的流动及热传输特性进行了分析；其次，在不

同进口流量下，对其换热性能进行了计算，并与实验结果相互验证；最

后，通过对模拟结果的分析和比较，提出了进一步改善其换热性能的建

议。

【关键词】盘管式冷凝换热器；数值模拟；换热性能；建议

【正文】

一、引言

盘管式冷凝换热器是一种常见的热交换设备，其主要应用于冷凝器

和冷却器等领域。近年来，随着工业技术的不断进步，盘管式冷凝换热

器的应用范围也越来越广泛。在该设备的应用过程中，其换热性能是重

要的评价指标之一。因此，对其换热性能进行研究和分析具有重要意义。

为了深入了解盘管式冷凝换热器的内部流场特征和换热性能，本文

采用数值模拟方法进行研究。通过建立盘管式冷凝换热器的三维数值模

型和采用k-ε湍流模型对其内部流场进行模拟，得到了气侧和液侧的流动

及热传输特性。在此基础上，计算了在不同进口流量下，盘管式冷凝换

热器的换热性能，并与实验结果进行了比对和验证。最后，通过对模拟

结果的分析和比较，提出了进一步改善其换热性能的建议。

二、数值模拟方法

本文采用Fluent软件对盘管式冷凝换热器进行了数值模拟。具体建

模过程如下：

1.建立几何模型

根据实际盘管式冷凝换热器的几何尺寸和结构，采用SolidWorks软

件建立三维几何模型（如图1所示）。然后将模型导入Fluent中，进行

后续网格划分和求解。

2.网格划分

在建立好几何模型后，采用Gambit软件对其进行网格划分。为了得

到更为精确的数值模拟结果，采用了非结构化网格，如图2所示。图2(a)

为气侧网格，图2(b)为液侧网格。图2(c)为整个热交换器的剖面图。

3.数值求解

利用Fluent软件对盘管式冷凝换热器进行数值求解。在求解过程中，

采用了k-ε湍流模型、SIMPLE算法和第二类边界条件等方法，对其进行

了模拟和分析。

三、数值模拟结果

通过对盘管式冷凝换热器进行数值模拟，得到了其内部流场状态和

换热性能。

1.流场特征

通过数值模拟，可以得到盘管式冷凝换热器内部的流动图像和温度

分布。如图3所示，为不同进口流量下，盘管式冷凝换热器的气流速度

分布和温度分布。通过图中的结果可以看出，在进口流量较小的情况下，

流场状态较为简单，流速分布也较为均匀；而在进口流量较大的情况下，

流场状态更加复杂，流速分布也更加不均匀。

2.换热性能

通过数值模拟，可以计算得到盘管式冷凝换热器在不同进口流量下

的换热性能，如图4所示。其中，红色实线为数值模拟结果，蓝色实线

为实验结果。通过对图中的结果比对可以得出，数值模拟结果与实验结

果基本吻合，验证了数值模拟方法的可行性。

四、结论和建议

通过对盘管式冷凝换热器的数值模拟和分析，得出以下结论：

1.盘管式冷凝换热器内部流动状态随着进口流量的增大而变得更加

复杂，流速分布也更加不均匀。

2.在相同的进口流量下，盘管式冷凝换热器的换热性能随着液侧进

口温度的升高而增强。

基于以上结论，提出以下改善盘管式冷凝换热器换热性能的建议：

1.增加盘管式冷凝换热器进口液体的流量，有利于减少流量的扰动，

提高热传输效率。

2.优化盘管式冷凝换热器的结构和气侧出口位置，有利于提高其内

部流场的稳定性，并进一步提高其换热性能。

参考文献

[1]王勇,周煜.基于CFD的平行流盘管换热器三维数值模拟[J].热

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[2]王靖,胡凤鸣,王鑫.盘管式换热器的数值模拟与性能优化[J].石

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