A new multi-scale coupled heat transfer simulation method for shell-and-tube heat exchangers is presented. First, the porous medium model of shell-side heat exchangers is simplified and its fluid calculation grid is divided. Then, based on the heat transfer relationship of cooling water at different temperatures and vapor content, the mathematical model of the above heat transfer relationship is programmed by using self-defined function (USER DEFINED FUNCTION). Coupled heat transfer simulation is realized by fluid. Based on different heat transfer mechanism, the heat transfer relationship under different temperature conditions and gas holdup is determined, and the temperature distribution on the shell side of the tube is obtained. Compared with the traditional fluid calculation method using full-real model, the present invention has higher calculation efficiency, simpler calculation model and mathematical model, more complete information and more accurate calculation results than the empirical formula calculation method, and more perfect solution to the balance problem of \calculation speed\ and \calculation accuracy\, so as to design and calculate for subsequent shell-and-tube heat exchangers. It provides a good theoretical basis and calculation method.
【技术实现步骤摘要】
一种新型的管壳式换热器多尺度耦合协同换热模拟方法
本专利技术涉及管壳式换热器设计计算
，具体涉及一种新型的基于多孔介质模型的多尺度耦合求解模拟方法。
技术介绍
管壳式换热器广泛应用在核电、锅炉、电厂、石化等能源行业，管侧和壳侧分别通有各自的热源流动介质和传热流动介质，两侧的介质包含不同的流动行为和传热及相变行为。目前，针对管壳式换热器常用的设计计算方法主要有两种：一种是基于传热学数学模型的经验公式计算方法；另外一种是基于全几何模型的计算流体力学(CFD)分析的方法。基于传热学数学模型的经验公式计算方法是根据管壳式传热经验公式，进行管壳式换热器传热性能计算；基于全几何模型的计算流体力学方法(CFD)是利用设计的详细几何模型进行流体力学传热计算分析。基于传热学数学模型的经验公式计算方法是换热器设计分析的传统计算方法，该方法无法详细展示换热器各区域的换热特性和物理量分布数据，多采用经验假设，对设计人员的经验要求较高，精度不高，所以采用经验计算方法设计管壳式换热器是有较大的工程限制的；采用整体模型的CFD计算方法，该方法计算结果详实，但是整体模型计算效率较低，设计计...
【技术保护点】
1.一种新型的管壳式换热器多尺度耦合协同换热模拟方法，本专利技术涉及换热器传热模拟技术领域，具体涉及一种新型的管壳式换热器协同换热求解算法，其特征是，包括如下步骤：步骤1：空间离散化管壳式换热器计算模型，对管壳式换热器模型进行空间网格划分，其具体处理过程如下：对管壳式换热器进行空间离散，将模型划分为微小的控制体单元，每个控制体单元内仅存在一个换热管道模型，网格示意图如图1。步骤2：基于传热学基本原理，对管侧流体流动的传热采用一维数值模拟方式进行实现，需要对不同换热原理进行描述，包括单相水换热、过冷沸腾换热、饱和沸腾换热及单相蒸汽换热等，其具体计算过程如下：基于传热学数学描述...
【技术特征摘要】
1.一种新型的管壳式换热器多尺度耦合协同换热模拟方法，本发明涉及换热器传热模拟技术领域，具体涉及一种新型的管壳式换热器协同换热求解算法，其特征是，包括如下步骤：步骤1：空间离散化管壳式换热器计算模型，对管壳式换热器模型进行空间网格划分，其具体处理过程如下：对管壳式换热器进行空间离散，将模型划分为微小的控制体单元，每个控制体单元内仅存在一个换热管道模型，网格示意图如图1。步骤2：基于传热学基本原理，对管侧流体流动的传热采用一维数值模拟方式进行实现，需要对不同换热原理进行描述，包括单相水换热、过冷沸腾换热、饱和沸腾换热及单相蒸汽换热等，其具体计算过程如下：基于传热学数学描述，对管侧流体在不同温度及含汽率条件下的换热公式进行自定义函数编程，根据管侧含汽量及温度的不同选定不同的传热关系式，具体传热关系式选择如图2所示：(1)αg>＝0.99，管侧为单相蒸汽，管侧换热模型采用Dittus-Bolter关系。针对轴向高度Z处的某一网格控制体，通过获取该网格壳侧流体温度，可计算出一次侧流体经过换热器入口流至此处时的焓差，该焓差△hT即是其向该网格包含的管侧流体所释放的热量。通过计算管侧流体从入口温度达到相应网格中管侧温度下汽相份额0.99时所需要的热量Q，当△hT>＝Q,即判定αg>＝0.99。传热系数为Dittus-Bolter关系(2)TW>＝TMFB管侧工质为膜态沸腾。TMFB采用Leidenfrost温度确定管侧换热热流密度采用Zuber和Tribus提出的计算公式(3)TW>＝TCHF，恶化沸腾换热区。采用曹丹提出的公式：(4)Tf>＝Ts，饱和沸腾换热区。Chen关系式h＝hc+hNCBhc＝0.023F(Gd(1-x)/μ1)0.85·(μcp/k)10.4(d/Dc)0.1kL/d(5)TW>＝TONB，过冷沸腾区。TONB的计算参考关系为TONB＝TS+0.0225·q0.5e-p/8.7，相应条件下的传热关系为修正的Chen换热系数关系式h＝hc+hNCB(Ti-Ts)/(Ti-TL)hc＝0.023(Gd/μ1)0.85·(μcp/kl)0.4(d/Dc)0.1kL/d(6)在不满足以上五种条件时，其他情况下，判定管侧流动为单相液体，管侧换热关系采用Dittus-Bolter关系以上分段中，涉及每个单元格处传热管内壁面温度的计算，由管壳侧的热流密度可以获得换热管内壁面温度：步骤3：利用计算流体力学分析软件FLUENT，读入步骤1中所生成的壳侧多孔介质模型计算网格，通过软件自带自定义函数功能，编译步骤2中自编计算程序，实现管壳式换热器管侧及壳侧的多尺度耦合协同换热，具体实施过程如图3所示。步骤3.1：初始化整个多孔介质模型，分别给定管侧及壳侧的初始温度场及流场，基于初始给定管侧各个单元的初始温度和壳侧各单元的初始温度，利用自定义函数进行传热模拟，得到下一步各单元的管侧及壳侧的温度信息，利用C_UDMI进行数据储存。步骤3.2：随着计算的进行，loop循环各单元的温度及含汽量，通过对温度值及含汽量判定采用哪种关系式对管-壳侧进行耦合热量传递，通过计算将计算结果储存到指定的储存单元C_UDMI中；步骤3.3：随着计算的继续进行，重复步骤3.2的工作，直到各单元对应的管-壳侧温度值计算收敛，得到换热器管-壳侧的温度、热量、流速等所有信息，计算结束。2.根据权利要求1中所述的一种新型的管壳式换热器多尺度耦合协同换热模拟方法，其特征是，以上所述步骤3中的具体计算过程如下：步骤3：利用计算流体力学分析软件FLUENT，读入步骤1中所生成的壳侧多孔介质模型计算网格，通过软件自带自定义函数功能，通过编译步骤2中自编计算程序，实现管壳式换热器管侧及壳侧的多尺度耦合协同换热。根据多尺度耦合协同求解算法，需...
【专利技术属性】
技术研发人员：郑循皓，刘伟，
申请(专利权)人：成都安世亚太科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川,51
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。