計(jì)算流體力學(xué)-翅片管換熱器Fluent數(shù)值模擬課件

計(jì)算流體力學(xué)——翅片管換熱器Fluent數(shù)值模擬計(jì)算流體力學(xué)——翅片管換熱器Fluent數(shù)值模擬第1頁均勻傾角波紋翅片管換熱器數(shù)值模擬問題描述：管翅式換熱器主要由傳熱管和翅片組成，通常外部流體介質(zhì)為空氣。翅片與傳熱管間是釬焊連接，可以看作管道表面的延伸。翅片的形式有很多種，比如平直式、波紋式、多孔型等。本文將對(duì)均勻傾角波紋翅片換熱器進(jìn)行數(shù)值模擬。換熱器示意圖計(jì)算區(qū)域側(cè)面示意圖計(jì)算區(qū)域俯視圖第1頁均勻傾角波紋翅片管換熱器數(shù)值模擬問題描述：管翅式換熱器2均勻傾角波紋翅片管換熱器數(shù)值模擬第2頁名稱尺寸名稱尺寸翅片縱向長(zhǎng)度36mm翅片管子橫向間距12.7mm翅片間距1.8mm翅片管外徑9mm翅片厚度0.12mm翅片管壁厚0.3mm翅片管子縱向間距18mm波紋傾角18.43°模擬均勻傾角波紋翅片換熱器尺寸模擬均勻傾角波紋翅片換熱器邊界條件模擬均勻傾角波紋翅片換熱器尺寸：計(jì)算區(qū)域側(cè)面示意圖計(jì)算區(qū)域俯視圖均勻傾角波紋翅片管換熱器數(shù)值模擬第2頁名稱尺寸名稱尺寸翅片縱3第3頁均勻傾角波紋翅片管換熱器數(shù)值模擬名稱條件名稱條件入口流體空氣入口溫度308k入口速度3m/s換熱管溫度318k翅片材料鋁翅片溫度318k模擬均勻傾角波紋翅片換熱器邊界條件：

基本假設(shè)：

輻射換熱忽略不計(jì)；

不考慮換熱管軸向的傳熱、換熱管排間的逆向?qū)嵊绊?，只考慮與換熱管垂

直方向上通過翅片的換熱；

低雷諾數(shù)下，認(rèn)為空氣是不可壓縮流體；

翅片沿?fù)Q熱管方向均勻分布；

翅片導(dǎo)熱系數(shù)無限大，即翅片效率為1；

空氣進(jìn)口速度、溫度恒定；

忽略翅片與管子外壁面的接觸熱阻，與管子溫度相同；

翅片端部絕熱第3頁均勻傾角波紋翅片管換熱器數(shù)值模擬名稱條件名稱條件入口流4第4頁均勻傾角波紋翅片管換熱器數(shù)值模擬在Gambit中建立模型啟動(dòng)Gambit，選擇求解器fluent5/6首先根據(jù)上面的翅片尺寸建立一個(gè)波紋形平面，然后Sweepfaces，拉伸成體，即沿線段拉伸成三層體。如右圖所示：第4頁均勻傾角波紋翅片管換熱器數(shù)值模擬在Gambit中建立5第5頁均勻傾角波紋翅片管換熱器數(shù)值模擬根據(jù)尺寸建立同心圓柱體，通過剪切得到環(huán)狀體，通過復(fù)制移動(dòng)得到計(jì)算區(qū)域圖形，如右圖：第5頁均勻傾角波紋翅片管換熱器數(shù)值模擬根據(jù)尺寸建立同心圓柱體6第6頁先將每層的體進(jìn)行組合，然后分層分別于兩個(gè)環(huán)體進(jìn)行剪切，注意剪切過程中retain和connect的應(yīng)用，最終保留環(huán)體的壁厚，如下圖：均勻傾角波紋翅片管換熱器數(shù)值模擬第6頁先將每層的體進(jìn)行組合，然后分層分別于兩個(gè)環(huán)體進(jìn)行剪切，7第7頁均勻傾角波紋翅片管換熱器數(shù)值模擬邊界條件設(shè)定：NameTypeInletVELOCITY_INLEToutletOUTFLOWSymmetry1SYMMETRYSymmetry2SYMMETRYperiodic1PERIODICPeriodic2~periodic7PERIODICPeriodic8PERIODICSpecifyBoundaryTypesNameTypenew_finSOLIDnew-tube1SOLIDnew-tube2SOLIDSpecifyContinuumTypes第7頁均勻傾角波紋翅片管換熱器數(shù)值模擬邊界條件設(shè)定：Name8第8頁均勻傾角波紋翅片管換熱器數(shù)值模擬網(wǎng)格劃分：名稱ElementsTypeIntervalsize規(guī)則體塊（上）HexMap0.2規(guī)則體塊（下）Hex/wedgeCooper0.2不規(guī)則體塊Hex/wedgeCooper0.2為了保證網(wǎng)格質(zhì)量，將模型進(jìn)行分塊劃分網(wǎng)格，與換熱管無接觸的即規(guī)則體網(wǎng)格質(zhì)量檢查：基本合格傾斜度<92%，長(zhǎng)寬比<5導(dǎo)出mash文件第8頁均勻傾角波紋翅片管換熱器數(shù)值模擬網(wǎng)格劃分：名稱Elem9第9頁均勻傾角波紋翅片管換熱器數(shù)值模擬fluent設(shè)置：檢查網(wǎng)格Display—Check最小體積不能為負(fù)值設(shè)置單位Display—Scale本例以毫米為單位

顯示網(wǎng)格Display—Grid第9頁均勻傾角波紋翅片管換熱器數(shù)值模擬fluent設(shè)置：檢10第10頁均勻傾角波紋翅片管換熱器數(shù)值模擬選擇計(jì)算模型：設(shè)置求解器Display---Models---solve保持默認(rèn)設(shè)置能量方程Display---Models---Energy選中EnergyEquation設(shè)置操作環(huán)境本例不考慮重力影響，保持默認(rèn)設(shè)置流體物理屬性本例文空氣

保持默認(rèn)即可第10頁均勻傾角波紋翅片管換熱器數(shù)值模擬選擇計(jì)算模型：設(shè)置求11第11頁均勻傾角波紋翅片管換熱器數(shù)值模擬設(shè)置邊界條件需要對(duì)流體、入口、出口、周期性邊界、對(duì)稱性邊界、固壁和連續(xù)區(qū)域類型中的翅片和管壁按照前面的給定條件一一設(shè)定求解參數(shù)設(shè)置Solve---Controls---Solution選擇simple方法，二階迎風(fēng)格式打開殘插圖Solve---Monitors---Residual選中Option下的Plot，在計(jì)算式動(dòng)態(tài)顯示殘差流場(chǎng)初始化Solve---Initialize開始迭代Solve---Iterate

迭代次數(shù)是500第11頁均勻傾角波紋翅片管換熱器數(shù)值模擬設(shè)置邊界條件需要對(duì)流12第12頁均勻傾角波紋翅片管換熱器數(shù)值模擬殘差圖顯示計(jì)算收斂，此時(shí)迭代到225步在入口處，在最窄流通面的兩側(cè)流體速度升高很快，等值線分布較為密集。在管子后側(cè)，流體邊界層發(fā)生分離，形成回流區(qū)，速度較低。速度分析：第12頁均勻傾角波紋翅片管換熱器數(shù)值模擬殘差圖顯示計(jì)算收斂，13第13頁均勻傾角波紋翅片管換熱器數(shù)值模擬溫度分析：在迎風(fēng)側(cè)，溫度場(chǎng)分布較密集，溫度遞增顯著，此時(shí)流體與壁面的溫差較大，換熱強(qiáng)烈。在背風(fēng)側(cè)，溫度場(chǎng)分布稀疏，溫度變化不大，流體與壁面溫差較小。在管子背風(fēng)面尾跡區(qū)，由于發(fā)生擾流脫體而產(chǎn)生回流，氣溫較高，接近管壁溫度，換熱最弱。溫度分布云圖溫度等值線圖第13頁均勻傾角波紋翅片管換熱器數(shù)值模擬溫度分析：在迎風(fēng)側(cè)，14第14頁均勻傾角波紋翅片管換熱器數(shù)值模擬壓力分析：波紋翅片表面連續(xù)起伏對(duì)流體的阻滯作用和擾動(dòng)作用比較大，產(chǎn)生的能量損失比較大。在最窄流通面的兩側(cè)壓力先降低后回升，在近壁出甚至出現(xiàn)負(fù)壓區(qū)，原因是流體在擾流圓管時(shí)，流通面的變化引起流速先增加后減少，導(dǎo)致氣體靜壓先減小后增加。壓力分布云圖壓力等值線圖第14頁均勻傾角波紋翅片管換熱器數(shù)值模擬壓力分析：波紋翅片表15第15頁均勻傾角波紋翅片管換熱器數(shù)值模擬

在使用Fluent軟件模擬管翅式換熱器內(nèi)的流動(dòng)與換熱的過程中，不僅熟悉了模型的建立和軟件操作的基本流程，還