板壳式换热器是一种高效、紧凑的热交换设备,具有广阔的应用前景,目前已经逐渐应用于化工、石油、制冷等工程领域。本文以某几种板壳式换热器简化的流道模型为对象进行数值模拟,分别分析了板片的结构参数和入口处流量分布特性对流动与传热性能的影响,并进行了综合评价与优化。研究结果对板壳式换热器的设计与应用具有一定的参考价值。通过建立板壳式换热器单流道的简化模型,分析了波纹夹角、波纹间距和波纹高度引起模型的流场、速度场、温度场和压力场的变化情况,以及对传热性能和阻力性能的影响。研究结果表明:结构参数的不同会导致十字交叉流和曲折流两种流动形式的相互转变,随着波纹夹角的增大,传热效果越好,压力损失增大;随着波纹间距的增大,传热效果变差,压力损失降低;随着波纹高度的增大,传热效果先变差而后又逐渐变好,压力损失则逐渐降低。通过强化传热系数法和单位阻力传热性能因子法分别评价了波纹夹角、波纹间距和波纹高度对换热器综合性能的影响,研究结果表明:波纹间距和波纹高度一定,波纹夹角越小综合性能越好;波纹夹角和波纹高度一定,波纹间距越大综合性能越好;波纹夹角和波纹间距一定,波纹高度越小综合性能越好。采用均匀试验设计进行试验,验证了评价的正确性,并得出了优化的结构参数。通过数值模拟分析单流程板壳式换热器板程与壳程的流量分布特性,结果表明:各流道存在严重的流量分布不均匀现象,且板程要比壳程不均匀性更严重,并均会造成传热效率下降和压降的增加。板程U形布置流量分布不均匀性明显低于Z形布置,因此传热效率更高、压降更低,整体性能更好,而壳程流量分布的不均匀性对换热量影响非常小,并分别对板程与壳程进行了优化设计。通过模拟分析多流程板壳式换热器的板程与壳程流量的的流量分布特性,结果表明:板程的不均匀性要比壳程大的多,且流体的流速与流道数对不均匀性有很大影响,流速越大、流道数越多,不均匀性也越大。此外,壳程的不均匀性较小,传热效率与压降受到的影响较小,板程不均匀性较大,导致压降较大,传热效率也较低,但由于回流等因素的影响,传热效率降低幅度不大。分别对板程和壳程进行了优化设计,可以为相关研究提供参考和借鉴。