方文，任小中

（1.河南科技大學(xué) 機(jī)電工程學(xué)院，河南 洛陽471003；2.洛陽石化工程建設(shè)集團(tuán)有限公司，河南 洛陽471012）

1 引言

現(xiàn)代仿真技術(shù)在工業(yè)領(lǐng)域已得到了廣泛應(yīng)用，例如，在設(shè)計(jì)石化設(shè)備時(shí)采用CFD，可大幅度挖掘產(chǎn)品潛力，提高經(jīng)濟(jì)效益[1]。本文在換熱器設(shè)計(jì)過程中進(jìn)行CFD 分析，并對現(xiàn)場試驗(yàn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)結(jié)果的可靠性。

2 建立數(shù)學(xué)模型與設(shè)置計(jì)算過程

根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算的設(shè)備參數(shù)，繪制出換熱器工作區(qū)域的幾何模型，包括管程、殼程、單弓型折流板，并根據(jù)生產(chǎn)工藝，設(shè)定介質(zhì)材料、邊界條件等參數(shù)[2]，最后將導(dǎo)入幾何模型。仿真求解設(shè)置采用穩(wěn)態(tài)求解器，設(shè)置湍流模型時(shí)選用標(biāo)準(zhǔn)KE 湍流模型。此外，還需要完成材料設(shè)置，邊界條件設(shè)置，求解方法設(shè)置，求解控制設(shè)置等相關(guān)步驟[3]，然后即可開始計(jì)算。

3 數(shù)據(jù)后處理

對計(jì)算結(jié)果進(jìn)行后處理，可更直觀地觀察仿真結(jié)果。這里截取溫度云圖與流線圖如圖1和圖2所示。

根據(jù)觀察折流板附近的流線，可見在折流板處并未出現(xiàn)明顯的死區(qū)現(xiàn)象[4]。

圖1 介質(zhì)溫度云圖

圖2 流線圖

4 現(xiàn)場測試

通過對比內(nèi)部各段位置的介質(zhì)溫度、壓力，可以得出換熱器的換熱功率與換熱效率。在管程與殼程上各自設(shè)定4 個(gè)取樣點(diǎn)放置傳感器，通過實(shí)驗(yàn)測試各點(diǎn)的實(shí)際狀態(tài)，試驗(yàn)數(shù)據(jù)和仿真數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 各段溫度與壓力對比

5 結(jié)論

采用Fluent 進(jìn)行換熱器的仿真與模擬，得出的換熱器的工作狀態(tài)與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)基本吻合。

通過CFD 分析，能夠做到快速、準(zhǔn)確、經(jīng)濟(jì)地預(yù)估出設(shè)計(jì)方案的最終效果，能夠減少設(shè)計(jì)錯(cuò)誤帶來的不必要損失。