施志钢 栾翔琪 景登岩 李萍 刘福强 王培

青岛理工大学环境与市政工程学院

0 引言

国内众多学者针对烟气余热的冷凝回收进行了深入的研究。曹明凯[1]针对喷淋式烟气冷凝余热回收技术进行研究，设计并搭建了喷淋式烟气冷凝余热回收换热器实验台，通过实验、模拟对换热器进行了优化。李鹏敏[2]等对螺旋管烟气-水换热器进行了模拟分析。孙星星[3]对气-液式热管进行了深入研究，设计热管换热器并对其性能进行了理论分析。

本文提出热泵型烟气余热回收系统，该系统的关键是换热器，以上几位学者研究了用直接接触式换热器、螺旋管换热器以及热管换热器，所以本文针对管壳式烟气-水换热器进行研究，研究循环水的流速度、换热器结构对换热效果的影响。

1 数值模拟

1.1 物理模型的建立与网格划分

管壳式换热器换热管的尺寸为Φ25×2，共12 根，管长0.62 m，管间距32 mm，呈三角形排列，壳内径140 mm，折流板高度105 mm，厚度为6 mm，用Gambit 进行建模，对模型进行简化，Gambit 建好模型之后导入ICEM-CFD 中进行网格划分，采用非结构网格，并且对换热管处的的网格进行加密，换热器网格模型如图1 所示：

图1 管壳式换热器网格模型

1.2 边界条件设置

划分好网格后导入Fluent，采用三维定常N-S 方程，打开能量方程，湍流方程选用标准K-ε 模型，打开相变模型，采用Multiphase 中的mixture 模型进行计算，本文中烟气成分通过实验测试得到，测试得到水蒸气的体积分数为0.15、氮气的体积分数为0.72，二氧化碳的体积分数为0.075，氧气的体积分数为0.055，并可在Fluent 中进行设置，选用蒸发冷凝模型，设置冷凝温度[4-6]。……