大型相变热交换器壳程蒸汽流动数值模拟

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(南京工业大学 机械与动力工程学院， 江苏 南京 211816)

近年来，随着管壳式相变热交换器的大型化，热交换器的直径越来越大，使流体横穿换热管排数急剧增加[1-3]。因流体横向冲刷管束的阻力损失远大于纵向冲刷管束的阻力损失，因此势必造成热交换器壳程压降显著增大[4]。国内外学者对管壳式热交换器的壳程流场进行了大量研究[5-7]。文中以2×660 MW超临界凝汽式燃煤发电工程中烟气余热回收相变热交换器中的汽水热交换器为研究对象，针对大型管壳式相变热交换器壳程压降剧增的问题，在壳程添加纵向导流板结构，采用Fluent软件对壳程蒸汽流动进行数值模拟计算，研究纵向导流板对热交换器壳程流场，尤其是对壳程压降的影响。

1 汽水热交换器参数

热电厂烟气余热回收采用相变换热方式，相变换热系统包括烟气热交换器和管壳式汽水热交换器[8-10]。汽水热交换器将上升管带来的蒸汽与管程的凝结水换热后冷凝为液体通过下降管排出，以达到循环换热的目的[11]。汽水热交换器壳体直径1 600 mm，换热管尺寸Ø25 mm×2 mm，换热管中心距48 mm，换热管长度8 500 mm，共有854根换热管，换热管按转角正三角形方式排列。汽水热交换器壳程压力0.103 25 MPa，凝结水质量流量288 t/h，凝结水进口温度95 ℃，凝结水出口温度115 ℃，内循环蒸汽温度120 ℃，内循环冷凝水温度100 ℃。

2 汽水热交换器数值模拟模型及计算方法

为改善大型相变热交换器壳程压降过高的问题[12-15]，在相变热交换器壳程设计纵向导流板结构，纵向导流板长度L为进、出口接管纵向距离，高度H为壳体直径，宽度为B，倾斜角为α。……