機械式蒸汽再壓縮系統(tǒng)(MVR)換熱過程的數(shù)值模擬及結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計.pdf

1、機械式蒸汽再壓縮濃縮（Mechanical vapor recompression，簡稱MVR）技術(shù)是一項將濃縮過程中產(chǎn)生的二次蒸汽加壓升溫后回收充分利用的新型濃縮技術(shù)，大大減少濃縮過程中生蒸汽的用量和冷卻水用量，具有高效、節(jié)能、低消耗的特點，可廣泛應(yīng)用于廢水處理、海水淡化、制堿、發(fā)酵、食品加工、醫(yī)藥化工等領(lǐng)域，尤其是對于熱敏性物質(zhì)提取獨特的工藝優(yōu)勢。然而，MVR系統(tǒng)二次蒸汽的機械壓縮對換熱、蒸發(fā)系統(tǒng)提出了更高的技術(shù)要求，如何設(shè)計具有高

2、換熱效率的低溫?fù)Q熱器和蒸發(fā)器成為MVR系統(tǒng)的技術(shù)關(guān)鍵。因此，對適用于MVR系統(tǒng)的換熱、蒸發(fā)系統(tǒng)的理論研究具有重要的學(xué)術(shù)價值和廣闊的應(yīng)用前景。
　　本文以低溫管殼式換熱器為研究對象，運用大型CFD軟件ANSYS FLUENT14.0，對管殼式換熱器內(nèi)流體的流動狀態(tài)和換熱過程進行三維數(shù)值模擬，以標(biāo)準(zhǔn)k—ε方程模型作為計算模型，采用壓力修正的SIMPLE算法進行求解，分別利用定壁溫假設(shè)法和管內(nèi)外流體耦合換熱法，研究換熱器殼程流體的速度場

3、和溫度場探索不同管程流量時定壁溫假設(shè)法對模擬換熱器殼程流體換熱的影響。研究結(jié)果表明，兩種方法所得計算結(jié)果存在差異，隨著管程流體流量的增加在逐漸減小。通過對比，本文認(rèn)為：在管程流體流量較大，換熱器換熱性能較好時，可以使用定壁溫假設(shè)法對換熱器進行數(shù)值模擬，這樣既可以提高計算效率也可以保證一定精度。反之，則應(yīng)該采用管內(nèi)外偶合法，該法能更好的揭示換熱器局部溫度變化的實際情況，使計算結(jié)果更加精確可靠。在后文的研究過程中，本文都采用了管內(nèi)外偶合法。

4、
　　折流板是換熱器中的重要換熱部件。本文重點研究了折流板結(jié)構(gòu)變化（包括折流板間距變化以及折流板缺口高度變化）對換熱器殼程流體流動與換熱的影響。通過模擬計算得到了不同折流板結(jié)構(gòu)下殼程流體的速度、溫度以及壓力分布，并以此得出了殼程流體進出口溫差、壓降、換熱系數(shù)隨折流板結(jié)構(gòu)變化的特性曲線。
　　本文采用工程應(yīng)用中常采用的h/ΔP指標(biāo)作為評價換熱器綜合性能的標(biāo)準(zhǔn)。通過分析得到換熱器綜合性能隨折流板間距減小以及缺口高度增加而逐漸降低