空预器是工业生产的关键设备之一,它被用来预热入炉空气,预热后的空气被送往反应炉参与燃烧,这样不仅能提高产品的产率,而且会使得企业的能源成本大幅降低。本文根据某公司炭黑生产线需求,先以理论计算设计一台400℃的中高温列管式空预器,然后再用Fluent对其进行结构优化。主要内容如下:(1)在空预器的研究方法选取方面,由于管壳式换热器壳程流体流动与传热的复杂性,理论方法无法满足实际工程需求,实验研究的成本太高,目前主要研究方法是数值模拟,因此本文主要采用理论计算与数值模拟相结合的方法。(2)在空预器的理论计算方面,本文简要介绍了管壳式换热器的基本结构与常用的工艺计算方法,然后根据实际的压降与换热要求,利用适当的工艺计算方法确定了换热器的主要结构参数,最后应用Solidworks建立三维模型。同时还对空预器换热过程进行了流热耦合分析。(3)在关于空预器的数值模拟方面,首先利用Fluent对建立的换热器模型进行流热耦合仿真,所得结果与理论计算结果的偏差在20%左右,能够粗略满足工程需求。再利用Fluent对空预器壳程的进行结构优化,用以获取换热性能最佳的空预器,这里选取空预器的总换热系数与压降的比值作为判别标准。结果表明:(1)单弓形折流板空预器的换热性能要强于双弓形与加强形折流板的空预器;(2)在折流板缺口高度为0.3D时,折流板数目为10的空预器的换热性能最佳;(3)在折流板数目12时,折流板缺口高度为0.3D时的空预器的换热性能最佳。