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重组烟叶生产过程中烟草提取液的换热环节对烟草薄片的质量有着重要的影响,换热过程中必须考虑换热的效率和换热器的性能,而换热器的壳侧几何结构直接影响到换热器的性能,当壳程中出现换热死区时换热性能降低,出现高温区域时管程内部又容易出现结垢现象,增加了换热器的热阻。针对烟草提取液的换热工艺,本文使用超声波防除垢强化传热方法和CFD技术,对换热器进行超声波空化效应防除垢的强化传热实验研究,再从换热器的壳侧流场分布和温度分布出发,仿真模拟并优化换热壳侧几何结构,为提高重组烟叶浓缩换热器的效率和性能给予技术支持。(1)分析了烟草提取液在换热器中结垢的机理,利用了超声波作用中的空化效应进行防除垢的研究,在管壳式换热器上增加空化效应的模型,仿真得到了不同超声波频率下换热管束中气泡体积分数随时间变化的分布情况,在每一个振动周期内气泡的体积分数的峰值均比前一周期的要高,空化效应的作用也会越来越强;将超声波装置安装在设备上的对比实验中得到,烟草提取液的物性参数上升时间变短,设备换热效率明显提高。(2)建立了换热器几何结构模型模并进行流场分析,讨论了不同湍流模型在换热器CFD计算过程的适用性。结果表明:Spalart-Allmaras单方程湍流模型在换热器性能的数值仿真中存在明显的缺陷,标准k-ε湍流模型和可实现k-ε湍流模型适用性较好,通过对换热器总换热量和壳程压降的考察,可实现k-ε湍流方程模型下的CFD计算与Bell-Delaware设计理论值最为接近,较其它两种模型更强的数值模拟能力。(3)随着折流板挡切率的减小,流体流通的主流区域集中于折流板窗口的纵向延伸方向,流体流向改变的位置愈加接近下一个折流板,同时回流区也逐渐增大,主流区流速大大高于其它区域的流速,流速分布的不均匀性更加突出,以适用性较好的可实现k-ε湍流模型进行CFD计算,评估在两种挡切率的情况下的相关数据,得到了挡切率为25%的时候换热器的性能最佳。