工业CFD：氟塑料换热器震动问题流场改造案例

文章摘要

文章讨论了氟塑料换热器在现场运行中遇到的振动和噪声问题，这些问题导致换热效果不如预期。作者通过与客户的沟通了解到，问题的主要原因是入口处紧凑的设计结构和未经优化的导流板布置。由于氟塑料换热器对流场均匀性的高要求，未经优化的设计会导致气流不均，引发局部或整体震颤。作者之前已经处理过类似的项目，深知CFD流场优化的重要性。在实地考察和分析后，作者提出了优化解决方案，通过调整内部导流板和采用孔板整流措施，显著改善了流场的速度大小和均匀性。改造方案简单、工期短，得到了客户的认可。经过一个月的备料、施工和测试，现场振动问题得到解决，作者的专业CFD技能帮助客户解决了重大问题，并顺利收到了回款。

正文         

2个月前，有人咨询咱一个氟塑料换热器现场振动的问题，沟通过后了解到现场的情况是这样的：氟塑料换热器在投运以后，换热效果不如预期设计值。最主要的问题是入口处的振动噪声比较大，严重影响工程质量。进一步沟通发现入口设计结构较为紧凑，施工图设计人员在非标件内根据经验设计了若干导流板，并没有经过严格的流场优化设计。  

咱一听这话，就猜测大概率又是流场分布均匀性不满足氟塑料入口技术要求造成的震动。为什么要用“又”字，因为一年前刚优化过一个类似的氟塑料换热器项目，对CFD流场优化的重要性是心知肚明。  

传统的管壳式换热器为钢管或者铜管材质，气流冲刷的速度不均匀或者有局部高速气流分布也不会对换热器强度产生较大的影响，顶多就是换热效果不如预期。但氟塑料换热器管道密集，材质较为柔软，对来流均匀性要求极高，需要满足两个主要技术指标要求，一个是速度最大值不能高于10m/s，一个是速度均匀性相对标准偏差不定低于高于20%，如果没有在设计阶段优化氟塑料换热器入口速度均匀性，强弱气流冲刷氟塑料换热管道，势必会造成局部甚至整体震颤。  

经过愉快的沟通之后，咱就开始实施改造计划了，由于客户图纸不全，为了充分考虑改造现场的条件，驱车赶往现场进行实地考察，充分了解现场情况，以免优化了半天发现结构设计错误。经过一番测绘、建模、优化、分析，提出了优化解决方案。  

图1 氟塑料换热器长这样  

优化前后的流场对比大致如下，在现场不改动主体烟道结构的情况下，调整了内部导流板布置形式和数量，采用了孔板整流措施，在现场优化后的速度大小和均匀性均有了显著提升。  

 图2优化前后的速度流线对比  

图3优化前后的速度分布云图对比  

由于利旧程度高，改造方案简单好施工，工期短，客户对方案较为认可。经过一个月紧锣密鼓的备料、施工、测试、运行，现场震动问题终于解决了，咱也用自己的专业CFD技能知识帮客户解决了大问题，顺利拿到了甲方的回款，兄弟们又可以开心过年了。