CFD 技术在板翅式换热器设计开发方面的优越性

hanzaizhong1986 · 发表于 2008-5-17 01:11:41

板翅式换热器是一种高效、紧凑式换热器, 随着加工工艺技术的发展, 其应用范围不断扩展, 目前广泛应用于空气分离、石油化工、天然气液化、合成氨等工业领域, 其突出优点是结构紧凑、便于多股流布置、小温差和大温降换热。传统的板翅式换热器设计一般仅依靠简单的理论及实验分析来确定板翅式换热器的结构形式, 但是这需要大量的实验经费以及很长的实验周期, 而且这样得到的结构形式并不能确保为最佳的方案.

在传统的板翅式换热器设计过程中,设计可行与否往往取决于试验, 为保证性能稳定, 就不得不进行大量试验, 而且产品方案的筛选和优化是在设计、制造、测试部门之间进行大循环, 由于牵涉的环节多, 产品的开发周期长、费用高; 对工程设计而言, 往往需要进行方案选择、优化, 但是由于板翅式换热器内流体流动与传热规律是十分复杂的, 仅靠实验测试并不能最终达到开发新产品和精确设计的目的。
从上面所述不难看出, 完全通过传统实验研究不能很好的达到板翅式换热器优化设计的目的。因此, 近年来国内外重点加强了设计制造方法学的研究, 提出通过“数值试验”——计算流体力学(CFD) 模拟计算, 来评价、选择和优化设计方案, 从而大幅度地减少实验室和实体试验研究工作量, 而且获得的结果直观、快捷。
换热器的设计方案可以仅通过CFD 计算结果就可以进行评估,并且由于CFD 软件可以比较快捷、准确及直观的反映出流体在换热器中流动的过程, 如速度场、压力场、温度场或浓度场的分布, 因此很容易从对流场的分析中发现样品设计中存在的问题, 及时的反馈并进行设计方案的改进, 从而避免了浪费大量的人力、物力和时间。而实验测量仅起到验证计算结果的目的, 大大减少了时间和经费。
板翅式换热器的CFD 优化设计可以在满足用户性能要求的前提下, 具有最小的投资费用和运转费用。优化设计包括翅型选择、流通布置、流体均布、温度场分布和纵向热传导的考虑等等。在设计中, 以局部热平衡偏差、允许阻力值、流道计算长度偏差为主要控制指标, 进行流通排列分配, 使设计更趋合理, 对流体间温差小、温降大的低温热换器更为重要。因此,CFD 技术在板翅式换热器的优化设计方面体现了无比的优越性, 是一个很大的飞跃, 对今后板翅式换热器的研制具有深远的影响。