1。2 本课题研究的目的和意义

自二十世纪以来,伴随着全球的工业技术的飞速发展,地球自身不可再生能 源的储量有限，全球日益增长的能源需求的矛盾日益突显出来[6]。全世界各个国 家都在为如何能够更加高效率的，有效的利用地球能源，探索新能源不断的努力 进行探索。如今我国的经济发展速度之快,经济总量已经超过了日本,位于世界第

二名。能源需求量非常巨大,但是由于能源应用技术的制约，能源利用率比较低, 一般不超过 30%,能源浪费非常严重,较发达国家低十多个百分点,单位产品能耗 是美国、韩国、日本等发达国家的数倍[7]。因此,节能高效是当前必须解决的一个 高难度课题。换热设备作为工业生产过程中的一个重要组成部分,作为热量的常 用传递设备,如何可以更好地改进，优化设计,提高其传热性能,对于当前我国建设 环境友好型，资源节约型的和谐社会具有重要的现实意义。论文网

目前,在投入运行的换热设备装置中,应用最广泛的就是属于管壳式换热器， 换热器按其工作原理可分为间壁式、混合式和蓄热式三种。管壳式换热器就属于 间壁式换热器的一种换热装置。管壳式换热器的应用，拥有非常悠久的历史，其 最初的设计思想出现在上个世纪初，人们设计了一种能够在较高工作压力下，运 行的大型换热装置，来满足电厂正常运转。迄今仍被当做一种传统的标准换热设 备，应用于许多工业部门。一般说来,管壳式换热器制造相对比较简易,生产成本 低,结构也比较坚固,容易清洗,适应性强，可以经受得住高温高压,工作比较可靠。 管壳式换热器的工作压力，可以在高真空中进行，工作温度也可以从-100℃以下， 到 1200℃的超高温度。管壳式换热器中的两种流体，分别流经管程换热管，以 及壳程换热管外部和卷筒所包围的全部空间。管壳式换热器取材范围非常广泛, 同时应用技术成熟,结构简单,可以耐高温高压等各种环境。伴随着强化传热技术 的迅速发展,管壳式换热器的管程和壳程的结构，也在经历着不断改进与创新,多 种节能高效的换热管和新型的管束支撑应用于换热器的设计生产中,使管壳式管 壳式换热器的性能，得到了非常大程度的提升。采用单弓形折流板的管壳式换热 器，是其中很常见也是最为经典的一种换热器。然而在生产使用过程中,人们发 现采用弓形折流板后,虽然换热器的换热性能得到了提高,但同时也发现，由于折 流板的阻隔的作用,使得壳程压降骤然增大,速度变化局部很明显,以倒致在壳程 某处存在着流动死区,导致换热器换热能力，得不到充分提升。在通过了壳程强 化传热研究后,人们发现,通过对管壳式换热器壳程结构的调整，降低壳程压降, 并且增大壳程的换热系数,从而进一步提升了换热器的换热能力。在这当中,最为 经济有效的，就是对折流板进行优化设计。传统的换热设备，研究主要是用实验 方法来进行,并且对于高效换热管的实验研究也非常简单,实验数据也真实。可是， 如果对于新型管束支撑，采用实验方式来进行研究,由于设备内部结构非常的复

杂,实验配套实施建设，与实验数据采集技术,做实验的工作量与难度是非常大的, 并且在工况参数调整等方面，非常不灵活,这就使得换热器在性能和结构上的改 进，受到诸多因素的限制。与此同时,采用实验研究的方法，是很难得到设备内 部构造，对流体流动和传热等方面的影响程度,只是从实验数据上进行判断和探 索，结构优化设计方案,难度是非常大的,这无疑会造成人力、物力资源的大量浪 费。

伴随着人们对计算流体力学，数值传热学研究的不断深入和了解,加之电子 计算机的技术，和与之配套的软硬件技术迅猛发展起来,基于软件的数值模拟已 经成为了研究换热的主要方法[8]。通过软件进行数值模拟分析,就可以得到传热设 备内部的详细参数数据,通过对数据进行后期的处理分析,就可以直观地查看，设 备内各个地方的流场的分布和特点,可以分析设备内部管束支撑，它对流场和传 热过程的影响因素等各种信息,为提出结构改进设计方案，提供了有力的数据支 撑。采用数值方法不仅仅相对来说比较直观、灵活、费用低、周期短,并且可以 处理更为复杂的情况。采用单弓形折流板的管壳式换热器，由于它的结构坚固， 操作弹性大，可靠程度高等优点,现今仍然在工程中，得到很普遍的应用。但是 由于其自身结构带来的壳程压降比较大、存在流动死区、热效率偏低、容易结垢 以及由流体诱发振动[9]，而造成的设备传热效果不优良等不足,要对它进行优化和 改造,借助 CFD 软件,分析换热器内部流场，和改造结构的,以达到降低换热器壳 程压力损失,改善其内部流场特性,提高传热性能的目的。与此同时,也可以为管壳 式换热器的设计制造，提供一些必要的理论依据和方法。文献综述