管壳式换热器的建模、换热计算和CFD模拟
管壳式换热器壳程流体流动与换热的数值模拟
管壳式换热器壳程流体流动与换热的数值模拟摘要：为了研究纵向多螺旋流管壳式换热器壳程流体湍流流动与换热的工作机理,文中利用FLUENT软件,在壳程流体流速设定值不断改变的情况下,对纵向多螺旋流管壳式换热器壳程湍流流动与换热进行了三维数值模拟。
得到了多螺旋流管壳式换热器在不同的壳程流体流速下的温度场、速度场、质点迹线图、壳程传热膜系数分布图等。
根据模拟得到的结果,从多个方面对纵向多螺旋流管壳式换热器壳程湍流流动与强化传热进行了探讨。
模拟结果与实验结果进行了比较,二者误差约在±11%以内,吻合良好。
关键词：螺旋扭片;纵向多螺旋流管壳式换热器;三维数值模拟中图分类号：TK 124文献标识码：A文章编号：1005-9954(2009)09-0009-04应用计算流体力学模拟管壳式换热器无相变壳程流场,最早是在1974年提出,但由于当时受到计算机与计算流体力学条件的限制,研究进展缓慢[1]。
20世纪80年代以来,换热器数值模拟研究才有了较快的开展。
对于国内外换热器数值模拟研究,采用二维研究的较多[2]。
三维研究方面, 国内外学者也做了很多工作,特别是对复杂结构的管壳式换热器换热性能数值模拟研究,国外较多学者采用复杂结构的换热管或者管程内插物来模拟研究其对流体流动与换热的影响,例如:螺旋槽管、波纹管、内插螺旋纽带等。
然而,国外和国内的学者很少有人用数值模拟的方法去研究插入物插入管壳式换热器壳程而不是管程时其对换热器综合换热性能的影响。
壳程换热管之间插入螺旋扭片,螺旋扭片的插入可以有效地改变壳程流体的流动形式,使壳程流体产生多股自螺旋流的复杂流动形态[3],有效提高换热管束壁面的流体速度,实现不同壳体半径处流体的充分混合,从而达到强化传热的目的。
本文利用FLUENT软件对这种新型纵向多螺旋流管壳式换热器的壳程湍流流动及换热进行了三维数值模拟,根据模拟结果并对这种利用螺旋扭片强化换热器壳程流体换热的机理进行了有益的探讨。
管壳式换热器壳侧气液两相流动和传热的数值模拟研究
管壳式换热器壳侧气液两相流动和传热的数值模拟研究一、本文概述本文旨在通过数值模拟的方法，深入研究管壳式换热器壳侧气液两相流动和传热的过程。
管壳式换热器作为一种常见的热交换设备，广泛应用于化工、能源、环保等多个领域。
在实际应用中，壳侧气液两相流动和传热过程的复杂性往往导致设计优化和运行控制的困难。
本文的研究对于提高管壳式换热器的性能，提升工业生产效率具有重要的理论和实践价值。
在数值模拟研究中，我们将首先建立管壳式换热器的数学模型，考虑壳侧气液两相流动的流动特性、传热过程、相间作用等因素，利用计算流体力学（CFD）等先进方法，进行求解和模拟。
通过对比实验结果，验证数学模型的准确性和可靠性。
在此基础上，我们将对管壳式换热器壳侧气液两相流动和传热过程进行深入分析，探讨不同操作条件、结构参数对流动和传热性能的影响，揭示其中的流动和传热机理。
同时，我们还将探索优化设计方案，提高换热器的传热效率和稳定性，为实际工业应用提供有益的参考和指导。
本文将通过数值模拟的方法，全面研究管壳式换热器壳侧气液两相流动和传热的过程，为换热器的设计优化和运行控制提供理论支持和实践指导。
二、管壳式换热器的结构与工作原理管壳式换热器是一种常见的热交换设备，广泛应用于化工、石油、能源、制冷等工业领域。
其基本结构由管束、壳体和管板等几部分组成。
管束由多根管子平行排列组成，管子内部为流体通道，用于传递热量。
壳体则包围在管束外部，形成一个封闭的空间，壳体内也有流体流动，与管内的流体进行热量交换。
管板则起到固定管束和密封的作用，同时也作为流体进出口的连接部分。
管壳式换热器的工作原理基于热传导和对流传热两种基本传热方式。
当两种不同温度的流体分别流过管内和管外时，由于温度差异，热量会从高温流体传递到低温流体。
管内流体通过对流传热将热量传递给管壁，然后通过热传导方式将热量传递给管外流体，最终实现两种流体之间的热量交换。
在管壳式换热器中，流体的流动状态对传热效果有重要影响。
管壳式换热器流场温度模拟
管壳式换热器流场温度模拟管壳式换热器是一种常见的换热设备，广泛应用于工业生产过程中。
在管壳式换热器中，热介质通过管道流动，与外部的冷却剂进行换热。
为了提高换热效率，需要对其流场和温度分布进行模拟分析。
在管壳式换热器中，管道和壳体之间形成一个流动通道，热介质在管道中流动，冷却剂在壳体中流动。
通过管道壁的传热，热量从热介质转移到冷却剂。
流场和温度分布对换热器的性能有着重要的影响。
流场的模拟可以使用流体动力学（CFD）方法，通过求解连续流体力学方程来描述流体的运动。
CFD方法可以对管道中的流动速度、压力以及湍流情况进行模拟，从而分析流体在换热器中的流动特性。
CFD方法还可以得到流场中的温度分布情况。
在进行流场模拟时，需要对流体的运动和传热过程进行数值计算。
根据连续流体力学方程，可以得到流体的质量守恒方程、动量方程和能量守恒方程。
通过对这些方程进行求解，可以得到流体的速度分布、压力分布以及温度分布。
为了进行流场和温度的模拟，还需要确定边界条件和物理参数。
边界条件包括进口速度、出口压力和管道壁面的传热边界条件。
物理参数包括流体的密度、粘度和传热系数。
通过合理选择这些参数，可以对管壳式换热器的流场和温度分布进行准确模拟。
在模拟分析中，可以通过改变进口速度、出口压力和管道壁面的传热边界条件来研究影响流场和温度分布的因素。
通过模拟得到的流场和温度分布，可以分析换热器的性能，并优化设计。
管壳式换热器流场和温度的模拟分析对于提高换热器的效率和性能具有重要意义。
通过CFD方法，可以实现对流场和温度分布的准确模拟和分析，为优化换热器设计提供理论依据。
管壳式换热器的建模、换热计算和CFD模拟
毕业设计（论文）管壳式换热器的建模、换热计算和CFD模拟专业年级2007级热能与动力工程专业学号姓名******** 杨郭指导教师刘巍评阅人刘庆君二零一一年六月中国南京任务书课题名称：管壳式换热器的建模、换热计算与CFD模拟课题类型：毕业论文任务书内容:1、英文资料的翻译5千个汉字字符以上（要求和热动、空调、能源、环境、新能源等本专业有关的内容，可以是英文著作、设备使用手册、英文文献检索、英文专利文献、网上专题介绍等实用性的、将来工作中可遇到的相关题材的文章，最好不要是科普类、教学类的英文）2、使用的原始资料（数据）及设计技术要求：2.1.管壳式换热器，热交换功率100kW，200kW。
2.2.温度进口350~500℃，出口温度150~200℃，流速可变；温度进口100~150℃，出口温度300~450℃，流速可变。
其总流阻损失应在满足规定要求。
2.3.换热器材料可选，几何尺寸可变；工作介质可选择（空气、水、氟利昂） 2.4.换热器外壁面绝热保温； 2.5.采用CFD模拟计算与能量分析，对系统进行相关工况的模拟；3、设计内容：3.1. 学习和消化设计任务书，按照设计任务书的设计内容，拟定工作内容和计划，拟定出设计和计算的每个过程中应该遵循设计要求与规定。
3.2.查找和收集有关管壳式换热器的历史和现状资料，查找相关管壳式换热器的运用案例，及其相关的技术条件和运行要求。
3.3.以科技文献检索，包括期刊、专利、设计标准、产品标准、设计手册、产品样本，寻找和熟悉相关的分析计算软件；熟悉设计工具软件、电脑等；3.4.根据已知参数，用ProE设计出符合要求的管壳式换热器，并学习如何导入相关软件进行网格设计；3.5.进行管壳式换热器CFD网格设计，用fluent软件对管壳式换热器进行变工况运行能量分析；3.5.分析计算换热器的流阻损失，其结果的合理性，分析提高换热效率主要手段和改进的方向。
3.6.输出的计算文件包括：3.6.1.完整的毕业设计任务书3.6.2.符合要求的算模型的结构、尺寸； 3.6.3.换热计算的过程、表格，计算结果的结论等等； 3.6.4.规定状态的CFD模拟结果和能量分析图； 3.6.5.毕业设计论文； 3.7.把所作的工作、学习的体会、方案的选择过程、计算方案过程等写在过程手册中，写好毕业设计论文。
管壳式换热器模拟计算
管壳式换热器模拟计算（课本P40 2-5题）# include <stdio.h># include <math.h>main(){double Do=0.025，Di=0.021，L=6，Wh=29.5; Th1=280，Wc=37.5， Tc1=160，Ro=0.0005,Ri=0.0001，D1,D2，D2O1=0.85，D2O2=0.919，Tc2,Th2，MD2O1，MD2O2，K=12.5,Cp1,Cp2，ramda1,ramda2，niu1,niu2，yita1,yita2,a1,b1,a2,b2,Tc20,Th20,Tmc,Tmh,C,Qc,Qh,Ho,Hi,Reo,Rei,Pro,Pri,Si,rou1,ui,Hi0,Twi0,Ai,Twi,niuwi,yitawi,Dwi,Xwi,rouwi,Ao,Smax,B=0.23,D=0.8,t=0.032,De,uo,rou2,Ho0,Two0,Two,niuwo,yitawo,Dwo,Xwo,rouwo，Ko，NTU,E,F,Cmin,Cmax，Xh,Xc，ld=44,b=0.002,Dm=0.0023，e=2.71828;int n=0;Tc2=180;Th2=260; /*给Tc2，Th2赋初值*/do{ n++;printf("n=%d\n",n);Th20=Th2;Tmh=(Th1+Th20)/2;do{Tc20=Tc2; /*Tc2的迭代*/Tmc=(Tc1+Tc20)/2;Cp1=(0.7072+(0.00147-0.00051*D2O1)*Tmc-0.318*D2O1)*(0.055*K+0.35) *4.18*1000;Cp2=(0.7072+(0.00147-0.00051*D2O2)*Tmh-0.318*D2O2)*(0.055*K+0.35) *4.18*1000;C=Wh*Cp2/(Wc*Cp1);Tc2=Tc1+C*(Th1-Th20);}while(fabs(Tc2-Tc20)>=0.1);Qh=Wh*Cp2*(Th1-Th2);Qc=Wc*Cp1*(Tc2-Tc1);Ai=3.14*Di*L*324;Si=0.25*3.14*Di*Di*324/2;Xc=1+Tmc/100.0;MD2O1=pow(D2O1,2);D1=0.942+0.248*Xc+0.174*MD2O1+0.0841/(Xc*D2O1)-0.312*Xc/D2O1-0.55 6*exp(-Xc);rou1=1000*D1;ui=Wc/(rou1*Si);b1=log((log(90.0+1.22)/log(13+1.22)))/(log((50.0+273)/(100.0+273) ));a1=log(log(90+1.22))-b1*log(50.0+273);niu1=exp(exp(a1+b1*log(Tmc+273)))-1.22;yita1=niu1*rou1/1000000;Rei=Di*ui*rou1/yita1;ramda1=0.4213*(1-0.00054*Tmc)/D2O1/3.6;Pri=Cp1*yita1/ramda1;Hi0=0.027*pow(Rei,0.8)*pow(Pri,0.33)*ramda1/Di;Twi0=Tmc+Qc/(Hi0*Ai);do /*管壁内壁温的迭代*/{ niuwi=pow(e,pow(e,a1+b1*log(Twi0+273)))-1.22;Xwi=1+Twi0/100.0;Dwi=0.942+0.248*Xwi+0.174*MD2O1+0.0841/(Xwi*D2O1)-0.312*Xwi/D2O1-0.556*exp(-Xwi);rouwi=1000*Dwi;yitawi=niuwi*rouwi/1000000;Hi=Hi0*(pow((yita1/yitawi),0.14));Twi=Tmc+Qc/(Hi*Ai);Twi0=Twi;}while(fabs(Twi-Twi0)>=0.5);Ao=3.14*Do*L*324;Smax=B*D*(1-Do/t);De=4*(t*t-0.25*3.14*Do*Do)/(3.14*Do);Xh=1+Tmh/100.0;MD2O2=pow(D2O2,2);D2=0.942+0.248*Xh+0.174*MD2O2+0.0841/(Xh*D2O2)-0.312*Xh/D2O2-0.556*ex p(-Xh);rou2=1000*D2;uo=Wh/(rou2*Smax);b2=log((log(1500+1.22)/log(120+1.22)))/(log((50.0+273)/(100.0+273 )));a2=log(log(1500+1.22))-b2*log(50.0+273);niu2=exp(exp(a2+b2*log(Tmh+273)))-1.22;yita2=niu2*rou2/1000000;Reo=De*uo*rou2/yita2;ramda2=0.4213*(1-0.00054*Tmh)/D2O2/3.6;Pro=Cp2*yita2/ramda2;Ho0=0.36*pow(Reo,0.55)*pow(Pro,0.33)*ramda2/De;Two0=Tmh-Qh/(Ho0*Ao);do /*管壁外壁温的迭代*/{ niuwo=exp(exp(a1+b1*log(Two0+273)))-1.22;Xwo=1+Two0/100;Dwo=0.942+0.248*Xwo+0.174*MD2O1+0.0841/(Xwo*D2O1)-0.312*Xwo/D2O1-0.556*exp(-Xwo);rouwo=1000*Dwo;yitawo=niuwo*rouwo/1000000;Ho=Ho0*(pow((yita2/yitawo),0.14));Two=Tmh-Qh/(Ho*Ao);Two0=Two;}while(fabs(Two-Two0)>=0.5)；Ko=1/((1/Hi+Ri)*Ao/Ai+1/Ho+Ro+b/ld*Do/Dm); /*以管外表面为基准，计算传热系数K*/Cmin=Wh*Cp2;Cmax=Wc*Cp1;NTU=Ko*Ao/Cmin; /*传热单元数*/F=NTU*sqrt(1+pow(Cmin/Cmax,2));E=2/((1+Cmin/Cmax)+sqrt(1+Cmin/Cmax)*(1+exp(-F))/(1-exp(-F))); /*传热效率*/Th2=Th1-E*(Th1-Tc1);Tc2=Tc1+C*(Th1-Th2);printf("Th2=%.1lf\tTc2=%.1lf\n",Th2,Tc2);printf("Rei=%.2lf\tPri=%.2lf\tHi=%.2lf\n",Rei,Pri,Hi);printf("Reo=%.2lf\tPro=%.2lf\tHo=%.2lf\n",Reo,Pro,Ho);printf("Qc=%.2lf\tQh=%.2lf\n",Qc/1000,Qh/1000);printf("Ko=%.2lf\tNTU=%.3lf\tE=%.3lf\n",Ko,NTU,E);}while( fabs(Th20-Th2) >= 0.1); return 0；}运行结果如下：。
管壳式换热器流场温度模拟
管壳式换热器流场温度模拟管壳式换热器是一种常见的换热设备，广泛应用于化工、石油、电力、冶金等领域。
其工作原理是利用管内的传热介质与管外的流体进行热交换，从而实现热能的传递。
在实际工作中，为了提高换热器的换热效率和安全性，需要对其进行流场温度模拟，以便更好地了解其工作状态和性能特点。
管壳式换热器由壳体、管束和端盖等组成，其内部流体循环方式多样，液态流体和气态流体均可作为传热介质。
在进行流场温度模拟时，首先需要对换热器的几何结构和材料特性进行建模，然后采用数值模拟方法求解流体流动和传热方程，最终得到换热器内部和外部的温度分布情况。
换热器内部流场温度模拟主要包括管束内流体的流动和传热过程。
管束中的流体流动方式可以是对流、层流或湍流，传热方式可以是对流传热、对流辐射传热等。
针对不同的流体流动模式和传热方式，需要采用不同的数值模拟方法和边界条件，以准确反映管束内部流体的温度分布情况。
还需考虑管束的受热面积、传热系数、流体流速等因素对流场温度分布的影响，从而得出最优的工作参数和操作条件。
除了管束内部流体的温度模拟外，管壳式换热器外部流场温度模拟也是十分重要的。
在换热器的壳体外部，通常与环境空气进行热交换，通过对换热器外部流场的温度模拟，可以评估换热器的散热效果和耐高温环境能力。
特别是对于工作在高温环境下的换热器，外部流场温度模拟可以帮助工程师设计合理的散热结构和降温措施，确保换热器在高温条件下仍然能够正常工作。
为了更好地进行管壳式换热器流场温度模拟，工程师通常会采用计算流体力学（CFD）软件进行数值模拟。
通过CFD软件，工程师可以建立换热器的三维数值模型，设定流体流动和传热的边界条件，然后求解流动方程和传热方程，最终得到换热器内外的温度分布情况。
在进行CFD数值模拟时，需要考虑流动的稳定性、网格的划分精度、边界条件的合理性等因素，以保证模拟结果的准确性和可靠性。
管壳式换热器流场温度模拟是一项复杂而重要的工作，它为换热器的设计优化和性能评估提供了重要的技术支持。
管罩式热交换器中流体流动特性的数值模拟分析
管罩式热交换器中流体流动特性的数值模拟分析管罩式热交换器是一种常见的热传递设备，广泛应用于化工、制药、食品加工等工业领域。
研究管罩式热交换器中流体流动特性的数值模拟分析，对于优化热交换器的设计和提高热传递效率具有重要意义。
本文将从流体流动的模拟方法、管罩式热交换器的流动特性，以及相关实验研究等方面进行分析和探讨。
首先，数值模拟是研究管罩式热交换器中流体流动特性的重要方法之一。
通过建立数学模型和对流动方程进行离散化，可以使用计算流体力学（CFD）软件对热交换器内的流体流动进行数值模拟。
在进行数值模拟时，需要考虑流体的物理特性、边界条件以及网格划分等因素，以确保模拟结果的准确性和可靠性。
其次，管罩式热交换器的流动特性是热传递效率的重要影响因素之一。
在热交换器内部，流体通过管道流动，并与外部传热介质进行热量交换。
流体的流动方式和速度分布对于热传递效率具有重要影响。
常见的流动方式包括层流和湍流，而流体的速度分布通常为非均匀的。
此外，流体的温度分布也会随着流动而发生变化，这对于传热过程的效果产生重要影响。
为了更好地理解管罩式热交换器中的流体流动特性，研究者进行了大量的实验研究。
这些实验通常包括流速的测量、压降的测量以及温度场的测量等。
通过实验数据的采集和分析，可以获得流体在热交换器内的流动特性，并为数值模拟提供参考。
此外，还可以通过实验来验证数值模拟的结果，并对模型的准确性进行评估。
在进行数值模拟分析时，需要选择合适的数值模型和求解方法。
对于管罩式热交换器中的流体流动来说，最常用的数值模型是雷诺平均纳维-斯托克斯（RANS）模型。
该模型假设流体是连续均匀的，并通过求解雷诺平均流动方程来描述平均值。
在求解过程中，常用的求解方法包括有限体积法、有限差分法和有限元法等。
在数值模拟的过程中，还需要进行网格划分和边界条件设置。
网格划分对模拟结果的准确性和计算效率起着重要作用。
一般而言，采用结构化网格或非结构化网格都可以进行数值模拟，但需要根据具体情况选择合适的方法。
管壳式换热器的设计及计算
所谓提高换热器性能，就是提高其传热性能。狭义的强化传热系指提高流体和传热面之间的传热系数。其主要方法归结为下述两个原理，即使温度边界层减薄和调换传热面附近的流体，前者采用各种间断翅片结构，后者采用泡核沸腾传热[2]。最近还兴起一种EHD技术，即电气流体力学技术，又称为电场强化冷凝传热技术，进一步强化了对流、冷凝和沸腾传热，特别适用于强化冷凝传热，并适用于低传热性介质的冷凝，因而引起人们的普遍关注[3]。其原理是，对某些不导电液体的表面施以相垂直的电场，使液体表面变得很不稳定，借冷凝液表面的张力作用和在静电场下液膜的不稳定现象使液膜厚度减薄，从而强化冷凝传热。其所需电场耗用的电力很小。人们想尽各种办法实施强化传热，归结起来不外乎两条途径，即改变传热面的形状和在传热面上或传热流路径内设置各种形状的湍流增进器或插入物。
当前换热器发展的基本趋势是：继续提高设备的传热效率，促进设备结构的紧凑性，加强生产制造的标准化系列化和专业化，并在广泛的范围内继续向大型化的方向发展。各种新型高效紧凑式换热器的应用范围将得到进一步扩大。在压力、温度和流量的许可范围内，尤其是处理强腐蚀性介质而需要使用贵重金属材料的场合下，新型紧凑式换热器将进一步取代管壳式换热器。
第一章
在化工生产中，为了工艺流程的需要，常常把低温流体加热或把高温流体冷却，把液态汽化或把蒸汽冷凝程液体，这些工艺过程都是通过热量传递来实现的。进行热量传递的设备称为换热设备或换热器。换热器是通用的一种工艺设备，他不仅可以单独使用，同时又是很多化工装置的组成部分。
在化工厂中，换热器的投资约占总投资的10%——20%，质量约为设备总质量的40%左右，检修工作量可达总检修工作量的60%以上。由此可见，换热器在化工生产中的应用是十分广泛的，任何化工生产工艺几乎都离不开它。在其他方面如动力、原子能、冶金、轻工、制造、食品、交通、家电等行业也有着广泛的应用。
管壳式换热器流动及传热的数值模拟(最全)word资料
管壳式换热器流动及传热的数值模拟(最全)word资料1管壳式换热器流动及传热的数值模拟尤琳,山东豪迈化工技术摘要:本文以管壳式换热器为例, 辅以有限元软件进行流场模拟, 通过合理简化模型和设置合理的进出口边界条件, 对流体的流动和传热进行数值模拟, 得到相应的速度、压力、温度分布云图, 对管壳式换热器的设计和改进有一定的参考价值。
引言换热器是化工、炼油、动力、食品、轻工、原子能、制药、航空及其他许多工业部门广泛使用的一种通用工艺设备。
在化工厂中, 换热器的约占总的 10%~20%;在炼油厂中,该项约占总的 35%~40%。
换热器不仅能够合理调节工艺介质的温度以满足工艺流程的需要, 也是余热、废热回收利用的有效装置。
鉴于换热器在工业生产中的重要作用及其能耗较大的现状, 改进和提高换热器的性能及传热效率成为节能降耗的重要途径, 将产生重要的经济效益和社会效益。
1换热器介绍1.1换热器分类适用于不同介质、不同工况、不同温度、不同压力的换热器,结构形式也不同,按照传热原理分类,可分为:间壁式换热器、蓄热式换热器、流体连接间接式换热器、直接接触式换热器、复式换热器;按照用途分类,包括:加热器、预热器、过热器、蒸发器; 按照结构分, 可分为浮头式换热器、固定管板式换热器、U 形管板换热器、板式换热器等。
间壁式换热器举例蓄热式换热器举例直接接触式换热器举例1.2换热器研究及发展动向(1物性模拟研究换热器传热与流体流动计算的准确性, 取决于物性模拟的准确性。
因此, 物性模拟一直为传热界重点研究课题之一, 特别是两相流物性的模拟, 这恰恰是与实际工况差别的体现。
实验室模拟实际工况很复杂, 准确性主要体现与实际工况的差别。
纯组分介质的物性数据基本上准确, 但油气组成物的数据就与实际工况相差较大, 特别是带有固体颗粒的流体模拟更复杂。
为此, 要求物性模拟在试验手段上更加先进,测试的准确率更高。
从而使换热器计算更精确,材料更节省。
管壳式换热器的建模换热计算和CFD模拟
管壳式换热器的建模换热计算和CFD模拟管壳式换热器是一种常见的换热装置，主要用于液体与气体或两种不同液体之间的换热。
它由管束（tube bundle）、壳体（shell）以及进出口和泄漏口组成。
其中，管束是换热的核心部分，液体或气体通过管束进行换热。
管壳式换热器的建模是为了研究其换热性能和优化设计。
建模的一种常见方法是利用热力学基本原理、热传导方程和流体力学方程建立数学模型。
通过对流体流动和热传导的数学描述，可以得到换热器的主要性能参数，如换热系数、总换热面积、温度场分布等。
换热计算是建立在换热器建模的基础上，通过求解数学模型得到换热器的换热性能参数。
换热计算可以采用数值方法、经验公式或实验方法。
数值方法，如有限元法、有限差分法和经验公式，可以求解微分方程组得到数值解。
经验公式则是基于已有的实验数据和大量的实验经验，经过统计和拟合，得到可直接应用于实际换热器的换热计算公式。
在进行管壳式换热器的CFD模拟之前，需要进行几个前置工作：1.确定仿真的目标，如换热量、压降和温度分布等；2.制定合理的假设，如流体是不可压缩流体，壳体和管束是光滑的表面，流体是定常流动等；3.确定边界条件，如进出口流量、入口温度，壳体和管束表面的壁温等。
CFD模拟过程中，需要进行网格划分、模型求解和后处理等步骤。
网格划分是将模拟区域划分为多个小区域的过程，区域内的物理变量通过网格内插得到；模型求解是通过数值方法求解流体力学方程和热传导方程，计算得到流体流动和温度场分布；后处理是对模拟结果进行分析和可视化展示，如绘制轮廓图、剖面图、温度分布图等。
总之，管壳式换热器的建模、换热计算和CFD模拟是对其换热性能进行研究和优化设计的关键工作。
通过建立数学模型、进行换热计算和进行CFD模拟，可以深入了解换热器的换热过程、性能特点和强弱点，从而为实际工程应用提供参考和借鉴。
管壳式换热器设计计算软件
管壳式换热器设计计算软件管壳式换热器是一种常见的热交换器，用于在工业过程中实现热量传递。
设计一个管壳式换热器需要进行一系列的计算，以确保换热器能够满足工艺要求，并具有合适的换热效果。
为了简化这个过程，可以使用管壳式换热器设计计算软件。
下面将详细介绍这个软件的功能和计算步骤。
1.换热器类型选择：软件可以提供不同类型的管壳式换热器供用户选择，如固定管板式、浮动管板式、U型管式等。
用户可以根据具体的工艺要求选择适合的类型。
2.热工参数计算：软件可以根据用户提供的热工参数，如流体的温度、流量等数据，自动计算换热器的热传导率和传热系数。
这些参数是换热器设计和性能评估的基础。
3.结构设计：软件可以根据用户提供的设计参数，如管束长度、管板间距、管壳接头方式等，自动生成换热器的结构设计。
这些参数直接影响换热器的尺寸和重量。
4.管束优化：软件可以通过计算不同管束类型的传热性能指标，如换热面积、热损失等，为用户提供管束设计的优化方案。
用户可以根据具体的工艺要求选择最合适的管束类型。
5.材料选择：软件可以提供不同材料的换热器管束和壳体选项，并计算其耐压性能和传热性能。
用户可以根据具体的工艺要求选择最合适的材料。
以上功能只是管壳式换热器设计计算软件的一部分，不同的软件可能还具备其他附加功能，如换热器的模拟和仿真功能，用户可以在软件中进行各种操作和实验，以评估换热器不同工况下的性能。
下面将以一个具体的设计计算为例，介绍常见的管壳式换热器设计步骤：1.确定工艺要求：首先，需要明确工艺要求，包括流体的温度、流量、压力等参数。
这些参数将直接影响换热器的设计和性能。
2.确定传热参数：根据流体的温度和热传导性质，可以计算出换热器的热传导率和传热系数。
这些参数是换热器设计和性能评估的基础。
3.计算换热面积：根据传热参数和工艺要求，可以计算出所需的换热面积。
通常，换热面积与流体的温度差和流量成正比。
4.确定结构参数：根据所需的换热面积和设计要求，可以确定换热器的结构参数，如管束长度、管板间距、管壳接头方式等。
管壳式换热器模拟计算
管壳式换热器模拟计算管壳式换热器的模拟计算主要包括换热器的传热计算和流体力学计算两个方面。
传热计算是指通过计算换热器内部的传热过程，确定换热量、传热系数等参数。
流体力学计算是指通过计算流体在换热器内的流动状态，确定流速、压降、流体分布等参数。
下面将对管壳式换热器的模拟计算进行详细介绍。
首先是传热计算。
在管壳式换热器中，热量是通过管内的流体传递给壳侧的流体，因此需要计算管内壁面的传热系数。
常见的方法有Dittus-Boelter公式、Sieder-Tate公式等。
计算壳侧的传热系数可以采用Dittus-Boelter公式、Kern法等。
通过计算传热系数可以得到管内和壳侧的传热量，从而确定换热器的传热效果。
其次是流体力学计算。
管壳式换热器内流体的流动状态对换热器的性能有很大影响。
在流体力学计算中，需要确定流体的流速、壁面的剪切应力、压降、流体分布等参数。
常见的方法有雷诺平均法、湍流模型等。
通过计算流体力学参数可以获得换热器的流体流动状态，从而确定流体的分布和压降。
除了传热计算和流体力学计算，还需要进行换热器的材料选择、结构设计等。
对于换热器的材料选择，需要考虑其导热性、耐腐蚀性等因素。
对于结构设计，需要考虑管束的布置方式、传热面积等。
在进行管壳式换热器的模拟计算时，需要建立计算模型、确定所需输入参数，并选择合适的计算方法和模拟软件。
计算模型应该尽可能接近实际工况，输入参数应该考虑到工况变化的影响。
选择合适的计算方法和模拟软件可以提高计算的准确性和计算效率。
最后需要进行计算结果的分析和评估。
对于传热计算结果，可以比较不同工况下的换热器传热量和传热系数，评估换热器的传热性能。
对于流体力学计算结果，可以比较不同工况下的流速、压降等参数，评估换热器的流体力学性能。
通过分析和评估，可以进一步优化换热器的设计和工况。
总之，管壳式换热器的模拟计算是一项重要的任务，对于换热器的设计、优化和性能评估具有重要意义。
通过传热计算和流体力学计算，可以确定换热器的传热效果和流体流动状态。
管壳式换热器流场温度模拟
管壳式换热器流场温度模拟管壳式换热器是一种常见的换热设备，广泛应用于化工、石油、电力等工业领域。
其工作原理是通过管壳间的流体传热交换来实现对流体的加热或冷却。
在换热器的设计与优化过程中，了解和控制流场温度分布对于提高换热器的效率和性能至关重要。
进行管壳式换热器流场温度模拟是一项重要的工作。
管壳式换热器的工作原理是通过管道内的流体与外壳内的流体之间的传热来实现热量的交换。
通常情况下，热量会从热流体传递到冷流体，实现热能的平衡。
在实际应用中，由于流体的流动状态、管道间的传热方式和外壳的结构等因素的影响，换热器内部的流场温度分布会受到多种因素的影响，需要进行科学的模拟与分析。
进行管壳式换热器流场温度模拟需要建立准确的数学模型。
该模型需考虑换热器内部的流体动力学特性、传热特性以及流场温度分布等因素。
还需要考虑流体的物性参数、管道材料的传热性能、壁面热阻等影响因素。
通过建立真实可靠的数学模型，可以准确地描述换热器内部的流场温度变化规律，为后续的模拟计算提供依据。
进行流场温度模拟时需要选择合适的计算方法与工具。
传统的计算方法包括有限元方法、有限体积方法、拉格朗日方法等。
而如今，由于计算机技术的不断发展，数值模拟计算方法得到了很大的进步，如计算流体力学（CFD）方法在管壳式换热器流场温度模拟中得到了广泛的应用。
CFD方法通过对流体运动方程和能量方程等进行数值求解，可以较为准确地模拟出换热器内部的流场温度分布情况。
进行管壳式换热器流场温度模拟需要进行模型验证与结果分析。
在进行模拟计算之后，需要将模拟结果与实际换热器工作情况进行对比验证，以确定模拟结果的准确性。
在模拟结果准确可靠的前提下，还需要对结果进行深入分析，探讨流场温度分布的规律特点，发现其中的规律性，为优化换热器设计与性能提供参考。
管壳式换热器流场温度模拟是一项重要而复杂的工作，对于换热器的设计与优化具有重要意义。
通过建立准确的数学模型、选择合适的计算方法与工具，以及进行模型验证与结果分析，可以准确地模拟出管壳式换热器内部的流场温度分布，为换热器的性能改进和优化提供理论依据和技术支持。
管壳式换热器流场温度模拟
管壳式换热器流场温度模拟管壳式换热器是一种常用的工业换热设备，广泛应用于化工、石油、冶金和能源等领域。
它通过管壳两侧的流体之间的热量交换来实现物质的加热或冷却，广泛用于加热、冷却和蒸发过程中。
而对于管壳式换热器的流场温度模拟，可以为实际生产中的操作提供重要的参考数据，有助于优化设备设计和操作参数，提高换热效率，减少能源消耗。
管壳式换热器的工作原理是通过壳体和管束之间的流体流动实现换热。
壳体内流体通常为热能介质，而管束内流体通常为待加热或待冷却的物质。
通过流体在管壳两侧流动时的对流换热，使得热量从热能介质传递到待加热或待冷却的物质中，实现热交换的目的。
在管壳式换热器的设计和运行过程中，流场温度分布是一个非常重要的参数。
合理的流场温度分布不仅能够确保换热器的正常运行，还可以减少热能的损失，提高换热效率。
而通过数值模拟方法对管壳式换热器的流场温度进行模拟和分析，可以帮助工程师更好地了解设备的工作状态，优化设备设计和操作参数，提高设备的性能和运行效率。
管壳式换热器的流场温度模拟包括了流体流动、传热和温度分布等多个方面的内容。
首先需要建立管壳式换热器的数学模型，考虑壳体和管束的结构、流体流动和换热特性等因素，然后利用计算流体力学（CFD）等数值模拟方法进行仿真计算，得到管壳式换热器内部流场的温度分布情况。
在管壳式换热器的数值模拟中，需要考虑到多种因素对流场温度的影响。
首先是流体流动的影响，包括入口流速、流道形状、流体性质等因素对流场温度分布的影响。
其次是壳体和管束的结构对流场温度的影响，例如换热管的布置方式、管束的间距、管束的材料等因素都会影响流场的温度分布。
最后还需要考虑换热器工作条件的影响，如壳体流体的温度、压力等参数对流场温度分布的影响。
管壳式换热器流场温度模拟
管壳式换热器流场温度模拟管壳式换热器是一种常见的换热设备，其工作原理是通过将热介质在内外两个流体之间传递热量，以达到加热或冷却的目的。
在管壳式换热器的设计和工作中，对其流场的温度分布进行模拟研究可以帮助我们更好地理解其工作原理和优化其性能参数，提高换热效率和节能效果。
管壳式换热器的流场温度模拟需要考虑多种因素，如流体流动情况、管壳材料和厚度、进出口流量和温度等。
以下是一个基于总体能量平衡和质量守恒定律的简单模拟方法：首先，我们需要建立管壳式换热器的几何模型，并确定其材料和尺寸参数。
然后，根据设定的进出口流量和温度，求解内部流体的速度、温度和压力分布。
使用流体动力学模拟方法，如CFD（Computational Fluid Dynamics）模拟，可以计算出管壳式换热器内的流场参数，包括流速、流量、压力、梯度、温度和热传导率等。
同时，在进行流体力学模拟的过程中，还需要考虑流体中的传热、传质和化学反应等物理现象，并建立相应的物理模型和数学方程式。
根据传热学理论，可以使用热传导方程和对流方程求解管壳式换热器内的温度分布。
在这些方程式中，需要输入相应的物性参数，如流体热导系数、比热容、密度和黏度等。
为了在模拟中考虑流体与壳体之间的热传导影响，还需要对管壳内部的材料特性进行建模分析。
根据材料学原理，可以使用热传导方程求解管壳内的温度分布，并考虑材料的导热系数、比热容、密度和热膨胀系数等参数，以评估壳体的抗热性和保温效果。
在对管壳式换热器流场的温度模拟中，还需要考虑流体的多相流动情况。
多相流是指在流体中混杂着气体、液体或固体颗粒的情况，例如在汽油或化工工业中流体中时常被混入了空气、气泡或颗粒。
在这种情况下，我们需要将管壳式换热器的流体流动建模为多相流动，并采用相应的数学模型和计算方法，如VOF（Volume of Fluid）方法或欧拉、拉格朗日方法。
最后，通过对管壳式换热器流场的温度模拟研究，我们可以得到不同工况下的温度分布图和热流密度分布图，以及热交换效率和压降等性能参数。
管壳式换热器流场温度模拟
管壳式换热器流场温度模拟
管壳式换热器是一种常用的换热设备，广泛应用于工业生产中。
它通过管道内流体和壳体外流体之间的热量传递，实现对流体的换热作用。
在工程设计中，了解管壳式换热器内部流场的温度分布是非常重要的，可以帮助工程师优化换热器的设计和操作参数，提高换热效率，降低能耗。
对管壳式换热器流场温度进行模拟分析，具有重要的理论和实际意义。
管壳式换热器的流场温度模拟分析，通常采用计算流体动力学（CFD）方法。
CFD方法通过数学模型和计算机仿真，可以有效地描述和预测流体在管壳式换热器内部的流动和温度分布情况。
在进行管壳式换热器流场温度模拟分析时，需要考虑换热器的结构特点、工作条件、流体性质等因素，建立相应的数学模型，并进行合理的边界条件设定。
通过对流场温度的模拟分析，可以得到换热器内部流体的温度分布图、温度场随时间的变化规律，以及流体的换热效果等重要信息，为工程设计和运行提供科学依据。
在实际工程中，管壳式换热器的流场温度模拟分析，可以帮助工程师深入了解换热器内部流体的流动和换热情况，发现问题和优化方案，提高换热效率，降低能耗。
通过对流场温度的模拟分析，可以发现换热器内部可能存在的流动不均匀、温度梯度大、传热不充分等问题，并提出相应的改进措施。
还可以优化换热器的设计和操作参数，使得流体在换热器内部能够更加均匀地流动，温度分布更加合理，从而提高换热效果，降低能耗，延长设备的使用寿命。
管壳式换热器壳程流动与换热数值模拟
管壳式换热器壳程流动与换热数值模拟摘要：通过合理简化，建立管壳式换热器的实体模型，利用计算流体力学软件Fluent对换热器内部壳程流体流动与换热进行数值模拟，得到壳程流体流动的温度场、速度场、压降分布图等。
根据模拟结果，深入认识换热器内部壳程流体流动情况。
关键词：管壳式换热器；Fluent；数值模拟Abstract：Through reasonable simplification，the solid model of shell-and-tube heat exchanger is established，and the shell-side flow and heat transfer in heat exchanger are simulated by CFD software Fluent. The temperature field，velocity field and pressure drop distribution of shell-side fluid flow are obtained. According to the simulation results，the fluid flow in shell side of heat exchanger is deeply understood. Key words：Shell-and-tube heat exchanger Fluent numerical simulation 换热器作为一种在石油、化工、冶金、电力、船舶、集中供暖、制冷空调、机械、食品、制药等行业使用的通用设备，在生产中占有重要地位。
它通过在不同温度的两种或两种以上流体间实现热量传递，使热量由较高温度的流体传递给低温度流体，流体温度达到流程规定的指标，以满足工艺条件的需要。
近年来，基于石油、化工、电力、冶金、船舶、机械、食品、制药等行业对换热器稳定的需求增长，我国换热器行业在未来一段时期内将保持稳定增长，2011年至2020年期间，我国换热器产业将保持年均10-15%左右的速度增长，到2020年我国换热器行业规模有望达到1500亿元。
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毕业设计（论文）管壳式换热器的建模、换热计算和CFD模拟专业年级2007级热能与动力工程专业学号姓名******** 杨郭指导教师刘巍评阅人刘庆君二零一一年六月中国南京任务书课题名称：管壳式换热器的建模、换热计算与CFD模拟课题类型：毕业论文任务书内容:1、英文资料的翻译5千个汉字字符以上（要求和热动、空调、能源、环境、新能源等本专业有关的内容，可以是英文著作、设备使用手册、英文文献检索、英文专利文献、网上专题介绍等实用性的、将来工作中可遇到的相关题材的文章，最好不要是科普类、教学类的英文）2、使用的原始资料（数据）及设计技术要求：2.1.管壳式换热器，热交换功率100kW，200kW。
2.2.温度进口350~500℃，出口温度150~200℃，流速可变；温度进口100~150℃，出口温度300~450℃，流速可变。
其总流阻损失应在满足规定要求。
2.3.换热器材料可选，几何尺寸可变；工作介质可选择（空气、水、氟利昂） 2.4.换热器外壁面绝热保温； 2.5.采用CFD模拟计算与能量分析，对系统进行相关工况的模拟；3、设计内容：3.1. 学习和消化设计任务书，按照设计任务书的设计内容，拟定工作内容和计划，拟定出设计和计算的每个过程中应该遵循设计要求与规定。
3.2.查找和收集有关管壳式换热器的历史和现状资料，查找相关管壳式换热器的运用案例，及其相关的技术条件和运行要求。
3.3.以科技文献检索，包括期刊、专利、设计标准、产品标准、设计手册、产品样本，寻找和熟悉相关的分析计算软件；熟悉设计工具软件、电脑等；3.4.根据已知参数，用ProE设计出符合要求的管壳式换热器，并学习如何导入相关软件进行网格设计；3.5.进行管壳式换热器CFD网格设计，用fluent软件对管壳式换热器进行变工况运行能量分析；3.5.分析计算换热器的流阻损失，其结果的合理性，分析提高换热效率主要手段和改进的方向。
3.6.输出的计算文件包括：3.6.1.完整的毕业设计任务书3.6.2.符合要求的算模型的结构、尺寸； 3.6.3.换热计算的过程、表格，计算结果的结论等等； 3.6.4.规定状态的CFD模拟结果和能量分析图； 3.6.5.毕业设计论文； 3.7.把所作的工作、学习的体会、方案的选择过程、计算方案过程等写在过程手册中，写好毕业设计论文。
准备毕业答辩的PPT文稿。
任务书进度:1、16~17周，分析、熟悉毕业设计题目、查找相关翻译资料，对“毕业设计任务书”进行分析计划；收集相关行业信息；准备电脑、办公地点，学习相关软件；2、18~19周，基础设计，查找技术资料、确定设计方案，对方案进行初步设计与计算；3、1~4周，进行相关计算，结果分析，编写相关计算、设计、计划文件；4、5~9周，计算结果分析、修改、撰写毕业论文；5、10~14周，毕业论文和设计文件的修改，准备毕业答辩。
参看文献:[1]薛殿华主编《空气调节》.清华大学出版社；1990年.[2]杨世铭,陶文诠编著《传热学》第三版.高等教育出版社；1998年09月.[3]赵庭元主编《工程常用物质的热物理性质手册》.新时代出版；1987年9月.[4]朱聘冠主编《换热器原理及计算》.清华大学出版社；1987年9月.[5]单寄平主编《空调负荷实用计算法》.北京中国建筑工业出版社；1988年.[6]冯玉琪,徐育标,吕关宝主编《新编实用空调制冷设计、选型、调试，维修手册》.北京，电子工业出版社；1997.[7]《通风与空调工程施工及验收规范》（GB50242-97）.[8]韩占忠,王敬,兰小平主编《流体工程仿真计算实例与应用》北京理工大学出版社；2003年9月.[9]清洁能源论坛《FLUENT HELP 算例精选中文版》.[10] Fluent的学习网站、资料等等.评委意见指导教师：刘巍，2010 年12 月05 日学生姓名：杨郭，专业年级：热能与动力工程专业2007级系负责人审核意见（从选题是否符合专业培养目标、是否结合科研或工程实际、综合训练程度、内容难度及工作量等方面加以审核）：系负责人签字：，年月日管壳式换热器的建模、换热计算与CFD模拟摘要：本文首先，对给定参数的立式管壳式换热器进行热力计算得到总的传热面积为69㎡，总的传热系数为128.2W/(㎡.k)，并对计算的换热器传热系数和压力降进行了复核计算，最终得出设计的换热器的主要参数符合设计要求。
然后，参照《管壳式换热器设计手册》和《GB151—1999管壳式换热器》对换热器的结构参数进行设计和选型，最终得到设计换热器各主要结构的参数尺寸如表5，并画出换热器的装配图和零件图如图3-2~3-6。
最后，使用algor软件对换热器进行了多耦合的有限元分析，分别建立了换热器整体结构和重要部件的三维有限元耦合分析模型及壳程流体的二维有限元分析模型；模型中充分考虑了换热器的高温特性和结构的复杂性，通过流场分析和结构热分析，得出了比较完整的换热器的流场分布和温度场，并计算出了相应的热应力；换热器管板总体模型充分考虑了换热器结构的复杂性以及与热-应力耦合分析模型的一致性；通过分析计算出的数据，分别讨论了换热器管程和壳程流体流场对换热温度场分布的影响以及温度载荷与压力载荷对换热器整体结构的影响，确定了换热器最危险结构，并根据JB4732-95《钢制压力容器—分析设计标准》，对换热器进行了强度校核，得到最危险结构点出现在上管板中心换热管附近，此处最大应变为0.0048mm，最大位移为0.22mm。
由于此处应变和位移都较小，说明设计的换热器符合设计要求。
关键字：管壳式换热器，热应力，流固耦合分析，algor软件Abstract：In this study the total heat transfer area is 69 square meters witch is calculated by a vertical shell and tube heat exchanger of the given parameter, the total heat transfer coefficient is 128.2W / (m2. K), the heat transfer coefficient of the heat exchanger and pressure drop was checked, finally it meets the design requirements in the main heat exchanger design parameters. The "shell and tube heat exchanger design handbook" and the "GB151-1999 shell and tube heat exchanger" is referenced to design and select model.Finally the size parameters of the main structure is shown in table 5,the assembly drawings and parts of heat exchanger are pictured in figure 3-2 ~ 3-6. Finally,conducting the Multi-coupled finite element analysis by algor software,the overall structure as well as important parts of three-dimensional finite element analysis model and shell-coupledtwo-dimensional finite element analysis of fluid model is established respectively.The high temperature characteristics and structural complexity of heat exchanger is taken into consideration,resulted the more complete the flow field and temperature field through the flow field analysis and thermal analysis, and calculating the corresponding thermal stress. The the complexity of the structure as well as heat - stress coupled analysis model of consistency is involved in the overall model of heat exchanger tube plate. Discussing the influence of fluid flow in heat exchanger tube side and shell side on temperature distribution,and temperature load and pressure load on the overall structure of heat exchanger,to obtain the most dangerous structure. And accordingJB4732-95 "Steel Pressure Vessels - analysis and design standards" to conduct strength check,as the most dangerous structure appears at the center of the tubes near the tube sheet.where the maximum strain is 0.0048mm, the maximum displacement is 0.22mm. It illuminates the design meets the design requirements for strain and displacement are smaller here.Keywords: shell and tube heat exchanger, heat stress, fluid-structure interaction analysis, algor software目录第1章绪论 (1)第一节管壳式换热器的类型 (1)一、固定管板式换热器 (1)二、浮头式换热器 (2)三、Ｕ形管式换热器 (2)四、填函式换热器 (3)五、换热管 (3)六、管壳式换热器特殊结构 (4)七、管壳式换热器性能比较 (5)第二节管壳式换热器设计概述 (6)第三节管壳式换热器有限元分析概述 (8)第2章管壳式换热器热力计算 (8)第一节任务书要求 (8)第二节符号定义 (9)第三节热力计算过程 (9)第四节热力设计评述 (20)第3章换热器的结构设计 (20)第一节壳体、管箱厚度计算和进出口结构 (21)第二节管子与管板的连接 (21)第三节折流板结构 (22)第四节换热器装配图和主要结构零件图 (23)第4章换热器的有限元分析 (26)第一节换热器有限元分析的假设和分析方法 (26)第二节Algor 多物理场耦合有限元分析软件介绍 (27)第三节换热器有限元分析模型的建立 (27)第四节换热器模型简化 (28)第五节换热器管程模型有限元耦合分析 (29)一、换热器管程的稳态流场分析 (30)二、换热器管程稳态温度场分析和热应力耦合分析 (32)(一)换热器管程稳态温度场分析 (32)(二)换热器热应力耦合分析 (34)三、换热器重要部件有限元分析 (35)四、换热器壳程流体换热耦合分析 (37)五、换热器有限元分析总结 (38)第5章总结 (39)参考文献 (40)致谢 (41)i第1章绪论管壳式换热器是把管子与管板连接，再用壳体固定的一种比较常用换热器，与其他类型换热器相比，管壳式换热器制造容易，生产成本低，选材范围广泛，清洁方便，适应性强，处理量大，且能适应高温环境工作。