折流桿列管式反應器殼程流體流動與傳熱的CFD模擬研究.pdf

1、列管式反應器（MTR）是化工裝置中的重要設備，廣泛應用于強放熱催化工藝中。折流桿MTR相對于傳統(tǒng)的折流板MTR具有優(yōu)良的防振性能，同時還有壓降低、死區(qū)面積小以及抗結垢性能好等優(yōu)點。本文根據(jù)折流桿MTR的結構特點與流動特點，采用周期性單元流道模型以及進口段全截面模型，對折流桿MTR殼程中的流體流動與傳熱過程進行了CFD的模擬研究。
　　本文采用周期性單元流道模型考察了不同的折流桿形狀、折流桿排布方式、折流桿軸向間距對折流桿MTR性能

2、的影響。模擬結果表明，折流桿能對流體流動產生明顯的擾動作用。不同結構的壓降與平均傳熱膜系數(shù)從大到小的順序依次為：雙向支撐方桿>單向支撐方桿>雙向支撐圓桿>單向支撐圓桿。雙向支撐方桿模型的壓降最大；單向支撐圓桿模型的平均傳熱膜系數(shù)最??；雙向支撐圓桿模型壓降接近于單向支撐方桿模型，平均傳熱膜系數(shù)卻僅接近于單向支撐圓桿模型。綜上，只有單向支撐方桿模型在壓降、平均傳熱膜系數(shù)、折流桿用量三者之間取得了較好的平衡，為最優(yōu)結構。另一方面，折流桿軸向間

3、距不宜小于100 mm，否則壓降會大幅增大，推薦采用100~150 mm的折流桿軸向間距。
　　由于軸向流動主導了折流桿MTR的殼程流動，如何實現(xiàn)流體在徑向上均勻分布對折流桿MTR而言是個難題。本文建立進口段全截面模型，對進口段的流體流動與傳熱過程進行模擬研究。結果表明，沒有支撐構件的大型MTR內部存在極其嚴重的徑向分布不均勻問題，大部分區(qū)域為死區(qū)，加裝數(shù)組折流柵后，死區(qū)面積逐漸減小，但流動與傳熱的徑向分布仍很不均勻。去掉入口正前

4、方的部分反應管，在適當位置開設入射通道，能有效引導流體流動到反應器殼程內部，實現(xiàn)流體在反應器內的均布，極大地提高反應器流動與傳熱均勻性。入射通道中的長條形擋板以及折流圈，尤其是鋸齒形折流圈，能有效阻擋流體的短路行為。第一組折流柵、殼程入口到管板的距離均不能設置得離管板過近，否則不利于流動與傳熱徑向均勻性的提高。將第一、第二組折流柵疊合布置也會降低流動與傳熱的徑向均勻性，不宜采用。由于折流桿對流體的擾動程度較低，折流桿MTR的平均傳熱膜系