新型弧形折流板与多样化管束布局对单壳程管壳式换热器的计算流体力学分析与热工水力性能优化

本文通过计算流体力学（CFD）方法系统研究了采用新型弧形折流板（curved baffles）与不同管束布局（tube layouts）的单壳程管壳式换热器（STHE），揭示了弧形折流板在提升传热系数（heat transfer coefficient）与降低压降（pressure drops）方面的协同优势，为工业热交换设备的节能优化提供了创新性设计思路。

　　

Highlight

新型弧形折流板设计被提出并证明可改善管壳式换热器（STHE）中的流体流动与传热演化。通过不同曲率半径的折流板数量与布置方式，结合多样管束布局配置，系统评估了热工水力性能。主要结论包括：

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  新型弧形折流板在实现更高传热效率的同时显著降低压降，确定了最优曲率半径配置。

Model validation results

使用Bell-Delaware方法对四种不同STHE构型（R-0、RB-2/3、S-0和SB-2/3）进行验证，并与数值模拟结果进行比对（见表5）。除CFD模型与Bell-Delaware的验证外，还在STHE实验系统（图6）中开展实验研究。表6展示了不同工艺条件下CFD结果与实验数据的对比。

Conclusions

在本计算研究中，新型弧形折流板设计被证明能够优化STHE中的流体流动与传热行为。通过系统分析折流板数量、曲率半径布置方式及管束布局对热工水力性能的影响，得出核心结论：弧形折流板可同步提升传热效率并降低压损，为工业换热器设计提供了兼具制造灵活性与性能优越性的替代方案。

CRediT authorship contribution statement

Kubra Bulduk Sahin：原始撰写、可视化、验证、方法论、调研、形式分析、数据整理与概念化；Mustafa Ozturk：审阅与编辑、可视化、 Supervision、资源、项目管理、方法论、调研、形式分析与概念化；Murat Sahin：可视化、验证、软件、方法论、形式分析、数据整理与概念化；Ferruh Erdogdu：审阅与编辑、可视化……

Declaration of competing interest

作者声明无利益冲突。