不同盘管结构下搅拌釜流动传热特性的数值分析

占晓强¹,雷 鸣²，田凤国²

（1.上海森永工程设备股份有限公司，上海 201607;

2. 东华大学环境科学与工程学院,上海 201620)

摘 要：通过计算流体力学仿真，系统研究了盘管结构对搅拌反应釜内的流体动力学与传热性能的影响规律。结果表明，盘管直径会影响釜内的轴向循环流动与盘管附近局部流动强度之间的平衡。外径为0.095m的盘管表现出较好的盘管间隙流动强度和整体循环混合效果。随着盘管直径的增加，盘管内侧对流换热系数降幅更为明显，外侧系数较为平缓。盘管结构参数的选择应综合考虑釜内混合与传热性能。

关键词：搅拌釜;盘管结构;对流换热系数;计算流体力学

0 引言

反应釜为化工生产中的关键设备。在含能化合物的制备过程中，常伴有剧烈的放热反应，对设备传热性能提出严苛的要求，通常采用内置螺旋盘管冷却搅拌介质或维持釜内反应的稳定进行。实践表明，盘管具有传热高效、热损失低以及安装便捷等优点。盘管对流传热系数与釜体结构、物料特性及搅拌状况等因素紧密相关，其中盘管结构的影响作用尤为复杂。

反应釜内流动与传热过程密切耦合，加之釜内物料通常涉及强腐蚀性体系，实验测定难度较大。随着科技的发展，计算流体力学（Computational Fluid Dy-namics,CFD)模拟能够直观展现复杂设备内的流动混合及传热过程，日益成为研究釜内流动、传热性能的有力工具。Jahoda等曾利用CFD模拟了盘管结构和排布的影响特点。周俊超等通过模拟对比考察了不同盘管管距、离底高度下的釜内速度分布特性。毕纪葛、王涛则采用实验与模拟相结合的方法探讨了不同搅拌桨叶组合、盘管结构下釜内传热系数的变化特点，对比分析表明CFD模拟结果具有良好的准确性。文献分析表明，实际工程应用需求千变万化，为实现搅拌反应设备的精细化设计，针对釜内流动传热复杂耦合过程的量化分析仍有待深人。

本文采用CFD方法，对搅拌釜内流动传热过程进行稳态模拟研究，系统考察釜内速度场和温度场的分布特点，进而探讨结构参数对盘管对流换热系数的影响特征，可为反应釜的传热优化设计提供有益的理论支持和应用参考。

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