2。1 流体流动和传热的基本方程 7

2。2 流体力学主要理论模型 7

2。3 湍流模型 9

2。4 近壁面模型 10

2。5 本章小结 11

第三章 模型的简化与软件建模 12

3。1 管壳式换热器模型的简化 12

3。2 基于 Gambit 建立管壳式换热器的三维模型 13

3。3 网格的划分以及边界条件的设立 16

3。4基于 ANSYS Fluent 的数值模拟 18

3。5 本章小结 22

第四章 数值模拟结果分析 23

4。1 管壳式换热器的温度云图 23

4。2 管壳式换热器的速度矢量云图 24

4。3 管壳式换热器的压力云图 25

4。4 管程流体的温度云图 26

4。5 本章小结 26

第五章 优化处理 27

5。1 折流板间距对换热影响 27

5。2 折流板的缺口高度对换热影响 29

5。3 进口流速对换热效果影响 33

5。4 管程进口流速对换热影响 37

5。5 本章小结 39

结论 40

致谢 41

参考文献 42

III

第一章 绪论

1。1 管壳式换热器概述

换热器是在化工、炼油、动力、原子能、制药、航空及其他许多的工业生产 部门，被广泛使用的一种换热工艺设备[1]。换热器是一种调节设备的温度和传递 热量的装置，同时也是余热、废热回收利用的一类有效装置。鉴于换热器在工业 生产中扮演了一个相当重要的角色，因此改进和提高换热器的性能，以及提高它 的传热效率成为降低能耗的一个有效的方法，这将会产生很大的经济效益。

管壳式换热器(Shell and tube heat exchanger)又被称列管式换热器[2]。是一种 可以在壳体和管程进行对流换热和传热的间壁式换热器。这个结构的换热器相对 来说制造工艺比较简单，操作也方便，可用各个式样的材料（主要是各个类型的 金属材料）用来制造，同时也可以在各种恶劣的条件下工作，是目前用得最广泛 的换热器。它主要是由管板、管子、壳体和折流板等相关的构件组成[3]。在圆筒 形壳体里面装了很多的管子，一般是三角形的方式排列，管子的两边的端口同时 被东西固定上，管子的轴线与壳体的轴线在一条直线上。

管壳式换热器是目前换热系统中使用的最为普遍的换热器类型。这些年来， 很多新的类型的换热器层出不穷，但反过来也促进了自身的发展。

各种类型的换热技术在近些年来随着现代设计研究方法的飞速发展[5]，管壳 式换热器有了很大的的改良和发展，结构由普通的弓形折流板类型加光滑管的结 构，进行了各种各样的改动，改善了内部流体流动和传热等性能。

管壳式换热器它的管子里面的流体，在管子里面是如何流动的，对换热器的 换热性能有着决定性的影响。横向流动的换热器中壳程主流区流体流动方向大致 于是平行于管束方向，最为普遍的是折流板类型的换热器；