摘要：针对鼓式燃气换热器（drum gas heater， DGH）建模过程中存在的化学反应复杂和冷热流耦合计算困难等问题，基于计算流体力学（computational fluid dynamics， CFD）技术，采用k-ω湍流模型、Eddy-Dissipation模型和Discrete Ordinates辐射换热模型建立DGH的三维简化CFD模型。通过与试验测试数据对标，证明该模型的有效性和实用性。分析结果表明：简化CFD模型计算精度较高，可准确预测换热壁面上的温度分布，满足工程分析要求。该模型计算资源占用量小，可以缩短换热器设计周期、提高设计水平。

关键词：

燃气换热器; 燃烧; 简化模型; 换热; 温度; 流速

中图分类号：TK172;TP391.92

文献标志码：B

Development and experimental verification of

simplified CFD model for drum gas heater

WANG Gongliang

（

Shanghai R&D Branch， Trane Air Conditioning System（China） Co.， Ltd.， Shanghai 200051， China）

Abstract：

As to the issue of the complex chemical reaction and the difficult calculation of cold and heat flow coupling in the modeling of the drum gas heater（DGH）， based on the computational fluid dynamics（CFD） technology， the three-dimensional simplified CFD model of the DGH is built using the k-ω turbulence model， the Eddy-Dissipation model and the Discrete Ordinates radiation heat transfer model.The validity and practicability of the model are proved comparing with the test data. The results show that the calculation accuracy of the simplified CFD model is high. It can accurately predict the temperature distribution on the heat transfer wall， and it meets the requirements of the engineering analysis. The model takes less computing resources， and then the design cycle can be shorten and the design level can be improved.

Key words：

gas heater; combustion; simplified model; heat transfer; temperature; flow velocity

0 引 言

天然氣是一种清洁能源，随着管道天然气的发展，越来越多的燃气换热设备应用于工业生产和居民生活中。热效率是评判燃气换热设备优劣的重要标准[1-2]，决定燃气设备的能效等级[3]。换热壁面的最高温度和最低温度直接影响换热设备的安全和使用寿命。[4]在常规燃气换热设备开发过程中，需要对不同的工况进行大量试验测试。试验测试结果可信度高，但是对测试设备和人员要求较高，试验周期长，人力成本和时间成本花费很大。

随着计算流体力学（computational fluid dynamics， CFD）的发展，在产品研发过程中，越来越多的企事业单位使用CFD对产品进行设计和优化，可在缩短产品开发周期和节省资金的同时，降低人为或非人为因素对产品质量的影响。[5]目前，针对单纯天然气燃烧的实验和研究比较多。[6-7]张尊华等[8]利用CHEMKIN软件结合试验测试，研究在常温常压条件下不同化学计量比天然气成分变化对其层流燃烧速度和火焰不稳定性的影响，结果认为天然气的层流燃烧速度随CH3CH2CH2CH3、C3H8和C2H6含量增加而增大，且C2H6的影响效果最为显著。……