热交换器流动状况不能假设为均匀的

软件设计到1980年代都很难让经验丰富的工程师接受，因为化学工业过程的几何分析中，往往需要丰富的现场经验，而不是仅仅依靠公式计算可以得到的。年轻的缺乏经验的工程师的设计常常被否决，因为和实际的运行结果有比较大的差异。具体表现在热交换器壳的堵塞和管束间的不规则振动。

为了避免超规定的振动，在设计时往往比较采取保守的态度。这时要考虑最大的速度和发生最大速度的地点。但是，在进行设计时仍然认为速度在整个管路系统中是一样的，而实际上是有差异的，所以和实际的情况有差异。当然，在小范围管束内可以是具有正确性。最近，Alonso Vidal 等使用CFD方法确定了管束几何学特性和管束中流体分布特性间的关系。分析认为，流体从一块挡板边缘过渡到另一块挡板时，流体呈：“喷射“状态，局部的流速可能远高于平均流速。这会导致管束中产生瞬间的流体-弹性振动，同时影响了流体的分布，产生不均匀现象。

在管束间流动时，如果将挡板面积减少40%，在一个相对比较均匀的流动场中，窗口/横向流比面积为0.79。实验观察到，实际上在挡板边缘的速度是窗口其他部分的二倍。这就是挡板边缘之间出现的喷射效应。而挡板面上的速度会下降，而下降的速度是其他挡板的3倍，也是平均速度的30%。如果将管束间挡板面积减少20%，窗口/横向流比面积为0.78，和减少40%时很接近。这时可以观察到窗口的速度变化正好是18%。在横向流区域的速度分布趋于比较均匀。在减少20%的情况下，流动分布的恶化情况和面积比得到1.2时相似。在横向流区域的恶化情况和面积比为0.7相似。

笔者建议，只有在流体的几何学特性和均匀流动状况接近时使用。建议挡板面积减少15-30%，最好不要超过25%；窗口/横向流比面积为0.8-1.2。