批式循环粮食干燥机换热器的三维流场模拟——基于Solidworks

0 引言

    目前，粮食干燥作业中多用列管式换热器，这种换热器结构简单、制造容易、检修方便。干燥行业中换热器的热介质是烧无烟煤或其他燃料产生的高温烟道气。高温烟气在管内流动，冷空气介质在管外冲刷管子流动。数值模拟是换热器研究的一种重要手段。采用数值模拟方法可以对不同换热器的流场、温度场以及压力场等进行研究，能够详尽地预测各种因素对流场和传热过程的影响，有利于换热器综合性能的提高和新型换热结构的开发。

    选择一款简单易学的数值模拟软件十分重要。三维实体建模已是产品设计的主流，在众多三维CAD软件（如Catia，Pro/E，I-DEAS，NX等）中，具有独特优势，换热器的三维结构即采用的的设计功能实现。目前，市面上有很多CFD软件，其中有公司近年推出 Flow Simulation，该插件是第一种完全内置于中的液流仿真和热分析程序，易用性首屈一指。使用该插件在强大的三维建模下，无需转换直接进行流体分析，节省了时间和成本。本文使用 Flow Simulation对小型批式循环粮食烘干机的换热器进行仿真分析，分析了该换热器在换热时冷热介质在换热器内的流动速度、温度、压力以及流动轨迹的流场分布，为换热器的优化设计得到了有参考价值的结论。

1 模型建立

    根据该小型批式循环粮食烘干机的设计要求，使用建立换热器的三维模型如图1所示。换热器的内部结构截面如图2所示。换热器的主要几何参数和几何特征如表1所示。

图1 换热器的三维模型

图2 换热器的内部结构截面图

表1 换热器的主要几何参数和几何特征

    由图1和图2可见，换热管采用正三角形排列，热介质从烟气人口进入依次通过各层换热管，在回转室里转向后进入下一管程4次回程加热冷介质。

    2.1 Flow Simulation性能

    Flow Simulation采用自适应直角网格，其控制方程为Navier-Stokes方程，湍流模型采用标准k-ε双方程模型，在近壁区采用壁面函数的半经验公式，误差较大，可通过“Result&Geometry Resolution”设置提高网格质量改善其不足，但收敛条件高，占用机时长。 Flow Simulation对离散方程组的数值分析采用有限体积法中的SIMPLER方法，计算效率高。

    2.2 新建一个 flow simulation项目