刮板式换热器的流动模式和局部剪切速率的流体动力学

摘要：使用商业流体分析软件FLUENT进行刮板式换热器（SSHE）的进行数值研究，以表征牛顿流体和非牛顿流体的剪切速率。该研究以标准的SSHE几何形状进行。首先采用电化学方法实现剪切速率的实验测量，建立了以实验为基准的二维数值模拟模型。由于几何的对称性，进行了连续性和动量方程的二维简化。采用混合网格，在叶片尖端和定子之间对网格进行细化，以便模拟其中的高剪切速率现象。然后应用单个参考框架方法以获得由几何形状中的刮板旋转引起的层流稳态流动，使用位于刮板尖端和传热筒之间的区域中的细化网格。进行了数值模拟预测与实验测量的比较，显示了模拟和测量三种流体（HV45，CMC和瓜尔胶）的剪切速率（Smax）之间的相对一致性。观察到的微小差异主要通过2D模拟来解释，当泰勒数（Tag）超过临界值时，忽略泰勒涡旋。在HV45流体的情况下，由于浮动刮板，旋转速度可以影响刮板角度位置，这可以引起刮板尖端和内筒体组件之间的间隙的变化。

声明：本文及图片来源：Yataghene M , Jérémy Pruvost, Fayolle F , et al. CFD analysis of the flow pattern and local shear rate in a scraped surface heat exchanger[J]. Chemical Engineering & Processing: Process Intensification, 2008, 47(9-10):1550-1561.