＊板翅式换热器封头型式的改造李美玲1，田宝龙2，王宏伟3，张燕来2(1．开封空分集团设计院，河南开封475002;2．天津大学化学工程研究所，天津300072;中国石油吉林石化分公司电子商务部，吉林132022)3．摘要:采用计算流体力学(CFD)方法研究大型板翅式换热器封头内的流体流动，根据流动特征提出在封头段加入导流分布板改善流动分布均匀性的方法。与未加入导流分布板比较结果显示，加入导流分布板后，流体分布得到改善，传热系数亦有显著提高。关键词:板翅式换热器;封头;导流分布板;CFD中图分类号:TQ021文献标志码:B文章编号:1007-7804(2011)04-0016-05doi:10.3969/j.issn.1007-7804.2011.04.004InvestigationonFlowBehaviorAndHeatTransferofPlateFinHeatExchangerLIMeiling1，TIANBaolong2，WANGHongwei3，ZHANGYanlai2(1．KaifengAirSeparationGroupCo．，Ltd．，Kaifeng475002，China;2．ChemicalEngineeringResearchCenter，Abstract:Flowbehaviorintheheaderofaplatefinexchangerwasstudiedwithcomputationalfluiddynamics(CFD)method．Onegasdistributorwasdevelopedintheheadertoimprovetheuniformityofgasflow．Comparisonoftwodifferentheadershowsthatfluiddistributionwasimproved，andheattransferefficiencyincreasedconsequently．Keywords:platefinexchanger;header;distributor;CFD板翅式换热器最早应用在航空、汽车工业等领域，20世纪50年代开始在空气分离设备中得到应用，并于1978年由开封空分集团研制成功第一台铝制板翅式换热器。而目前国内自主设计制造板翅式换热器与国外的效率仍有很大的差距。影响板翅式换热器换热效率的因素主要集中在两个方面:一是流体分布的均匀性;二是翅片形状的传热特性。国内外多数研究认为流体分布不均匀是由于封头、配管设计不合理［1-2］，在流体还未进出板束体进行换热时已产生了不均匀分布，这种不均匀性影响范围大，对传热效率的影响严重，并指出封头结构是导致流体分布不均的主要因素。近年来，较多的文献研究板翅式换热器封头内的流动分布问题，并根据流动特征提出了一些改进措施。Zhang［3］认为在传统的封头中，流体在轴向上的分布不均现象要比径向上严重，采用一种二级封头来降低分布不均匀性。Jiao［4］也引入了二级封头的概念，通过实验研究，他们得出两个封头的最佳设计能有效提高流动分布均匀性。但是二级封头的使用在安装空间较小的情况下会受到一定的限制。Wasewar［5］采用CFD方法研究传统板翅式换热器封头，并提出“人”字形改进。但新的结构大大减小了流体流动的自由空间，会在一定程度上增加阻力。收稿日期:2011-07-04*第4期李美玲，等:板翅式换热器封头型式的改造17Wen等［6-7］采用PIV方法研究板翅式换热器入口流域的流动特点，通过在封头内加入打孔板提高封头轴向和径向的流动分布均匀性，并认为加入打孔板是提高封头内分布均匀性的首要选择。SLalot等［8］确定了在进口封头中加打孔分布板的最优位置，并指出分布板加入位置不合理可能会导致回流现象发生。SheikIsmail［9］比较了加打孔分布板和不加打孔分布板两种封头结构，得出加板的均匀性要优于不加的，并给出最优的打孔尺寸和分布孔排列形式。虽然加入打孔板方式可以有效提高流体分布均匀性，但同时会较大程度地增加阻力。理想的封头型式要能够较大程度地提高流体分布的均匀性，但要尽量避免引入过高的流动阻力。提高流体分布均匀性主要有两种方式:一是加入分布板，通过开孔实现流体分布，但带来的阻力较大;二是加入导流板，通过导流方式实现流体分布，带来的阻力也较小。显而易见，第二种方式是提高流体分布均匀性的最佳方式，但是在一些情况下，由于设备本身的结构特征，通过导流方式提高流体分布均匀性会受到一定的限制。本文基于这一思想，将上述两种方式耦合，通过在封头内加入导流分布板提高流体分布的均匀性，但带来较小的流动阻力。由于翅片结构的复杂性，换热器的CFD计算强度非常大，因此文献报道的模拟尺寸度非常小。z方向动量方程:ρzy+zz=uuuuuuzx+xyz222－p+μuz+uz+uzx2y2z2xTux+Tuy+Tuz=α...