套管换热器换热性能仿真及实验研究.pdf

第32卷第02期
计算机仿真
2015年02月
文章编号:1006-9348(2015)02-0256-05
套管换热器换热性能仿真及实验研究
陈准,甘学辉
(东华大学机械工程学院,上海201620)
摘要:在换热器性能评估平台优化设计的研究中,为了描述套管换热器在热流体动态输入温度下的换热行为,研究其温度分
布变化规律,在综合考虑了流体沿流动方向的导热扩散特性、中间墙体的金属蓄热以及流体沿径向导热对出口温度瞬态响
应的影响的基础上,提出了以墙体侧蓄热量为突破点的动态相变仿真交又迭代简化模型,得到了在热流体动态输入温度下
的换热器温度响应曲线以及换热系数的分布曲线,最后设计了换热器动态仿真平台,对仿真结果进行对比分析,结果表明墙
体侧温度模型预测值和实验值数据吻合较好.最大相对误差在9%范围内,其仿真模型符合换热器的换热特性,说明上述简
化模型对套管换热器相变换热的研究有较好的参考作用。
关键词:套管换热器;动态仿真;换热;数值解
中分类号:1P391.9文标识码:B
Simulation and Experiment Study on Performance
of Double-pipe Heat Exchanger
CHEN Huai. GAN Xue- hui
College of Mechanic Engineering, Donghua University, Shanghai 201620, China)
ABSTRACT: In order to predict the dynamic properties of double-pipe heat exchanger correctly, the dimensionless
dynamic simulation mathematic modeling is established based on the reasonable hypothesis. The influence of the heat
conduction dispersion, heat storage and heat conduction of fluid passes in the longitudinal direction on the exit
temperatures transient response are taken into account. Based on the numerical computation of Matlab, by using the
solutions of ODE equations, the response chart of exit tempera ure at the disturbance of frequency is obtained. And
then an experiment system is established to validate the model, the results show that the simulation values are in a
greement with the experimental observations, and the maximum relative error is less than 9%
KEYWORDS: Double-pipe; Dynamic simulation heat exchanger; Numerical solution
系数U,换热效率,以及稳态的换热单元数NTU,而本文通过
1引言
描述套管换热器在热流体动态输入温度下的温度分布变化
换热器是工业生产系统中最常用的设备之一,对于其控规律,从而来反映主要的换热性能指标。其难点主要在于在
制系统的设计,通常仅凭经验预估的动态参数作为依据,而有相变的动态输人参数的情况下,相变位置在不同的时间下
设备自身的设计和改进也只根据静态计算和实验来进行,而会发生移动,从而不利于在离散单元格中换热特性的计算,
未对换热器的动态性能及其对变工况的适应能力进行定量导致现有的换热器数学模型在涉及到计算动态输人参数工
分析和评定,因此很难保证设计或改进后的换热系统具有良况下,往往计算量大,迭代过程繁琐。
好的动态控制性能,更难以实现调节参数的最佳整定。因
本文针对实际工程问题,考虑到相比于整个热交换面的
此为了更好地优化换热器结枃,有必要对换热器性能评价换热量,墙体沿流道方向的导热扩散所占的比重很小,对这
指标的动态特性进行研究。
部分热量予以忽略,从而减少了微分方程中的二阶导数项,
衡量套管换热器的性能评价指标主要有主要包括换热使数学模型更加简便,同时以墙体侧蓄热量,直接对墙体侧
温度进行微分求解,以此为突破点建立动态相变仿真交叉迭
收稿日期:2014-04-18修回日期:2014-05-29
代简化模型。
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方方数据