基于FLUENT的板式换热器三维数值模拟

基于FLUENT的管壳式换热器流场的数值模拟与分析鲍苏洋（南京工业大学机械与动力工程学院，南京210009)摘要:通过简化管壳式换热器模型，采用非结构网格划分，选用κ-ε湍流模型，应用CFD 软件FLUENT 对壳程流体流动和传热过程进行了数值模拟，得到了不同折流板间距情况下壳程流体温度场、压力场以及速度场的分布情况。

分析了折流板间距对壳程流体流场分布、换热器传热速率以及压力损失的影响，并得出了进口流速与传热量和压力损失之间的关系。

模拟结果与理论研究结果相符合，对管壳式换热器的设计和改进有一定的参考价值。

关键词:化工机械; 换热器; 数值模拟; 温度场; 速度场; 压力场Numerical Simulation and Analysis of Flow Field in Shell-and-Tube Heat Exchanger Based on FLUENTSuyang BAO( School of Mechanical and Power Engineering，Nanjing University of Technology，Nanjing 210009，China)Abstract: By simplified the model of shell-and-tube heat exchangers，adopted the unstructured mesh，chose the κ-εturbulence model to gain the static temperature field，velocity field and static pressure field distribution of shell by taking numerical simulation of the shell side turbulent flow and heat transfer process with the CFD software FLUENT at different baffle spacing．Analyzed the effect of baffle spacing on the distribution of shell fluid flow，heat transfer rate and pressure drop，also acquired the relationship between inlet velocity and heat transfer rate，pressure drop．The simulation results consistent with the theoretical results of shell-and-tube heat exchangers，which can be a reference for the design and improvement of shell-and-tube heat exchangers．Key words: chemical machinery; heat exchanger; numerical simulation; temperature field; velocity field; pressure field0 引言换热器是石油化工行业广泛应用的工艺设备，换热器不仅能够合理调节工艺介质的温度以满足生产工艺的需要，同时也是余热回收利用的有效设备［1］。

FLUENT板式换热器的性能评价与分析摘要板式换热器是一种间壁式热交换器，结构紧凑，传热性能好。

与其他换热设备相比，板式换热器具有很多优势，因此其在食品、造船、化工等领域具有广泛的应用，并且更优性能的换热器也在不断研发中。

分析换热器性能的影响因素，是其研发中重要的一部分。

本文对换热器性能的研究分为两部分，即实验研究和数值模拟研究，具体工作如下：（1）基于换热器性能测试实验台，在一系列不同工况下进行实验、计算换热器的传热系数，分析流体进口温度、流量对传热系数的影响；（2）研究人字形板式换热器的流动特性，利用FLUENT软件对换热器建立模型，通过计算结果来分析流动特性的影响因素，并分析波纹间距d、波纹高度h、和波纹倾角β等几何参数对流动特性的影响。

30528 关键词板式换热器性能测试数值模拟毕业论文设计说明书外文摘要Title Performance Evaluation and Analysis of the plate heat exchangerAbstractPlate heat exchanger is a piding wall type heat exchanger, with compact structure, and good heat transfer performance. Compared the plate heatexchanger with other heat transfer equipment, it has many advantages, that has more and more widely applications in food, shipbuilding, chemical and other fields, and the heat exchanger of better performance is also being developed. As an important part of its research and development is to analyzing the influencing factor.Studies of the performance of the heat exchanger in this article is pided into two parts, namely experimental research and numerical simulation studies, specifically as follows: (1) Based on heat exchanger performance test bench, experiment for the plate heat exchanger to calculate the coefficient of heat transfer in a range of different conditions, analyze the impact of fluid inlet temperature, flow rate of the heat transfer coefficient;(2) Analyze the flow characteristics of the chevron plate heat exchanger, calculation models with computational fluid dynamics software FLUENT, analyze the flow characteristics of factors with simulation results, and analyze effects of the flow characteristics on the flow characteristics which as ripple of spacing d, corrugation height h, and ripple of dip angle ß.Keywords plate heat exchanger performance test numerical simulation目次1 绪论 11.1 研究背景 11.2 板式换热器的工作原理及其特性 11.3 板式换热器的研究现状 32 数值模拟 52.1 湍流模型 52.2 近壁面处理 72.3 本章小结 83 板式换热器的传热特性实验 93.1 实验原理和装置 93.2 实验过程 103.3 数据处理与分析 103.4 本章小结 144 人字形板式换热器的流动特性研究 154.1 建立物理模型 154.2 划分网格 164.3 计算模型 174.4 计算结果及分析 184.5 入口速度对换热器流动特性的影响 274.6 本章小结 27结论 28致谢 29 :参考文献30附录A 流道截面平均压强 311 绪论板式换热器(PHE)是一种高效、紧凑的热交换器，它由一系列表面呈波纹形状的薄金属板片相互叠装而成，具有传热性能好的优点；其应用广泛，几乎涉及所有工业领域，并且更优性能的换热器也在不断研发中。

基于Fluent软件的热处理数值模拟仿真工程热处理是一种常用的工艺，用于改善材料的力学性能和耐热性。

在热处理过程中，经过加热和冷却过程，材料的内部组织和性能会发生变化。

为了更好地理解和优化热处理工艺，数值模拟仿真成为一种重要的手段。

在本文中，我们将介绍基于Fluent软件的热处理数值模拟仿真工程，探讨其原理、方法和应用。

首先，我们需要了解Fluent软件的基本原理和特点。

Fluent是一种流体力学软件，它基于计算流体力学（CFD）方法，可以模拟并分析流体流动和传热现象。

在热处理数值模拟中，Fluent可以用于建立材料的三维几何模型，并通过求解传热和质量传输方程，预测材料的温度场分布和相变过程。

在进行热处理数值模拟之前，我们需要收集和准备相应的物理参数和边界条件。

具体而言，包括材料的热物性参数（如热导率、比热容）以及外部边界的温度变化情况。

这些参数将直接影响数值模拟的精度和结果。

接下来，我们通过Fluent软件建立材料的三维几何模型。

首先，导入材料的CAD模型，进行网格划分以描述材料的几何形状。

网格划分的精度和质量对于数值模拟的准确性至关重要。

合适的网格密度和划分方法可以确保模拟结果的可靠性。

完成材料的几何建模后，我们将设置边界条件和物理模型。

边界条件主要涉及外部温度的设定，以模拟热处理过程中的加热和冷却。

物理模型包括传热和质量传输方程的设定，以及相应的辅助方程，如能量方程和质量守恒方程。

一旦建立了几何模型和物理模型，我们可以对热处理过程进行数值模拟。

Fluent软件内部采用有限体积法来离散化方程，并通过迭代求解得到结果。

在求解过程中，Fluent可以提供温度场分布、相变情况、流体流动情况等多种结果参数，以帮助分析和评估热处理工艺的效果。

热处理数值模拟的目的在于优化工艺参数，提高材料的性能。

通过对数值模拟结果的分析，我们可以评估不同工艺参数对于材料的影响，进而确定最优的工艺条件。

例如，我们可以通过调整加热温度和保温时间，来控制材料的晶粒尺寸和相变行为。

三维换热器的F L U E N T模拟集团文件发布号：（9816-UATWW-MWUB-WUNN-INNUL-DQQTY-FLUENT软件模拟管壳式换热器壳程三维流场我要打印 IE收藏放入公文包我要留言查看留言摘要:基于各向异性多孔介质与分布阻力模型、修正k-ε模型和壁面函数法,对普通管壳式换热器壳程流体的流动与传热,利用FLUENT软件进行了三维数值模拟。

计算了不同流体初速下,管壳式换热器壳程的速度场、温度场和压力场,计算结果与实际情况相符,得到了有参考价值的结论。

关键词:管壳式换热器数值模拟FLUENT 多孔介质分布阻力模型数值模拟是换热器研究的一种重要手段。

应用计算流体力学模拟管壳式换热器无相变壳程流场,由Patankar与Spalding在1974年最早提出[1]。

但由于受到当时计算机与计算流体力学的条件限制,研究进展缓慢。

20世纪80年代,由于核电厂换热设备的大型化、高参数化发展,促进了换热器数值模拟研究的开展[2,3]。

关于国内外的换热器数值模拟研究,采用二维研究的较多,而在三维研究方面,又通常采用自己编程的方法[4,5]。

利用FLUENT软件,模拟管壳式换热器壳程三维流场,本文进行了有益的探索。

FLUENT是世界领先、应用广泛的CFD软件,用于计算流体流动和传热问题。

FLU-ENT软件是基于CFD软件群的思想,从用户需求的角度出发,针对各种复杂流动的物理现象,采用不同的离散格式和数值方法,使得特定领域内的计算速度、稳定性和精度等达到最佳组合,从而高效率地解决各个领域的复杂流动计算问题。

1 模拟模型计算模型管壳式换热器壳程流场数值计算,采用了多孔介质与分布阻力模型。

由于换热器壳程结构复杂以及流动形态多样化,使得影响流体流动和传热的因素多,相对于管程而言,壳程流体的数值模拟复杂,特别是具有复杂折流板结构的情况,更为如此。

对于普通折流板换热器,壳程流体时而垂直于管束,时而平行于管束,还有一部分流体从折流板与管子之间的间隙中泄漏,同时管内流体与管外流体的热交换耦合在一起,因此进行管壳式换热器壳程流场的数值模拟,需要采用多孔介质与分布阻力模型来简化计算。

基于fluent新型换热管传热与流动特性数值模拟毕业设计开题报告毕业设计开题报告学生姓名学号院系学科、专业指导教师专业技术职务入学日期____ 年 __ 月 __ 日基于 fluent 的新型换热管传热与流动特性数值模拟一、选题背景及其意义能是发展国民经济的基础。

目前，世界各国普遍面临着能供应紧缺的问题，要实现国民经济的可持续发展，必须提出有效的节能减排措施，即提高能效、节约能的同时降低污染物的排放 [1] 。

我国已将节约能作为一项基本国策，将节能视为煤、油、气和水能之后的“第五能”。

我国能总量的 70消耗在工业中，因而工业生产过程中能的有效利用、节约及回收极为重要，而经济性的设计和操作与能量的有效利用密切相关。

所以高效节能装备的研究与开发，是当前国内外技术领域与能科学界的研究热点，更是缓解我国日益严峻的能形式的客观需要 [2] 。

要缓解能紧张以及污染物排放的问题，节能是必然选择，已成为我国的长远战略方针。

而设计和制造各类高性能换热设备是经济地开发和利用能的最重要手段。

强化传热研究的主要任务就是改善、提高热传播的速率，以达到用最经济的设备来传递规定的热量，或是用最有效的冷却来保护高温部件的安全运行，或是用最高的热效率来实现能合理利用的目的 [3] 。

换热设备是化工、石油、生物和食品加工等行业中广泛应用的通用设备，其强化传热及其相关性能的优劣对于节能降耗具有重要意义 [4] 。

近几十年来，航空航天、核能、制冷等工业发展迅速。

一方面，各部门纷纷加大工业过程中设备的容量，以满足企业发展的要求。

另一方面，由于这些工业过程中存在有限的动力及空间，故需要减小换热设备的尺寸以及重量，使得系统中换热设备更紧凑，以期不更换原有设备就可以强化换热设备的换热过程，提高换热设备的传热性能。

二、国内外研究现状从上个世纪六七十年代开始，人们便开始对螺纹管内的传热与流动现象进行研究。

研究方法主要分为实验研究方法与数值模拟方法。

FL UENT 软件模拟管壳式换热器壳程三维流场刘利平 3黄万年(郑州大学化工学院摘要 -, , T 软件进行了三维数、温度场和压力场 , , 。

管壳式换热器数值模拟 FLU EN T 多孔介质分布阻力模型0前言数值模拟是换热器研究的一种重要手段。

应用计算流体力学模拟管壳式换热器无相变壳程流场 , 由 Patankar 与 Spalding 在 1974年最早提出 [1]。

但由于受到当时计算机与计算流体力学的条件限制 , 研究进展缓慢。

20世纪 80年代 , 由于核电厂换热设备的大型化、高参数化发展 , 促进了换热器数值模拟研究的开展 [2, 3]。

关于国内外的换热器数值模拟研究 , 采用二维研究的较多 , 而在三维研究方面 , 又通常采用自己编程的方法 [4, 5]。

利用 FLU EN T 软件 , 模拟管壳式换热器壳程三维流场 , 本文进行了有益的探索。

FLU EN T 是世界领先、应用广泛的 CFD 软件 , 用于计算流体流动和传热问题。

FLU 2 EN T 软件是基于 CFD 软件群的思想 , 从用户需求的角度出发 , 针对各种复杂流动的物理现象 , 采用不同的离散格式和数值方法 , 使得特定领域内的计算速度、稳定性和精度等达到最佳组合 , 从而高效率地解决各个领域的复杂流动计算问题。

1模拟模型111计算模型管壳式换热器壳程流场数值计算 , 采用了多孔介质与分布阻力模型。

由于换热器壳程结构复杂以及流动形态多样化 , 使得影响流体流动和传热的因素多 , 相对于管程而言 , 壳程流体的数值模拟复杂 , 特别是具有复杂折流板结构的情况 , 更为如此。

对于普通折流板换热器 , 壳程流体时而垂直于管束 , 时而平行于管束 ,还有一部分流体从折流板与管子之间的间隙中泄漏 , 同时管内流体与管外流体的热交换耦合在一起 , 因此进行管壳式换热器壳程流场的数值模拟 , 需要采用多孔介质与分布阻力模型来简化计算。

基于FLUENT的冷、热水混合器内三维流场数值模拟张闯1120100662【摘要】本文介绍了FLUENT软件的主要特点及其在冷热水混合器内的应用情况。

通过运用FLUENT软件的标准 k-ε湍流模型对两种结构的冷、热水混合器模型进行三维数值模拟计算，分析其内部流场变化情况，通过模拟计算并对比两种模型的流场变化，能真实反映混合器内部的复杂流动，为混合器的设计和改进提供理论依据。

【关键词】FLUENT 冷、热水混合器标准 k-ε湍流模型引言工程热水恒温混合器，是为适应中央热水工程向大型化、自动化和人性化发展的技术要求而研发的，是为太阳能热水工程和各种生活热水供水系统专门配套的一种全自动洗浴水恒温控制设备。

广泛适用于宾馆、饭店、学校、医院、厂矿、机关及洗浴中心、游泳池等大中小型生活热水系统。

用户可以根据热水系统的用水量实际需要选择型号，并由用户自行调节设定洗浴水出水温度，高精度的实现洗浴水温度的自动控制。

恒温混合器的工作原理：当热媒水与冷水同时在等压比下进入本机混合器进行冷热水混合，冷热混合后的应用水进入缓冲室。

缓冲室的水温传感器将水温信号传输给温控装置，当缓冲室的水温比设定要求高（或低）时，温控装置对来自热水箱的热水和自来水（或冷水箱冷水）进行比例式控制，将热媒水和冷水控制在适度流量状态，从而使输出水温达到设定要求，使系统用水保持在恒温状态。

一、Fluent软件介绍FLUENT是美国FLUENT 公司开发的集流场、燃烧和热、质量传输以及化学反应于一体的商业CFD 软件, 也是目前国内外使用最多、最流行的商业软件之一。

自其上市以来, 在全球众多的CFD 软件开发研究厂商中, FLUENT 软件占有最大的市场份额。

独特的优点使FLUENT 在水利船舶、材料加工、燃料电池、航空航天、旋转机械、噪声污染、核能与动力等方面均有广泛应用。

FLUENT 软件的最大特点是具有专门几何模型制作软件Gambit模块,并可以与CAD 连接使用,同时备有很多附加条件和附加方程添加接口，使用了目前较先进的离散技术和计算精度控制技术,如多层网格法、快速收敛准则以及光滑残差法等, 数学模型的离散化和软件计算方法处理较为得当。

基于Fluent的管壳式换热器壳程流体流动与传热数值模拟栾艳春;陈义胜;庞赟佶【摘要】The parameterized model of tube and shell heat exchanger is established according to the Fluent software parametric modeling method. The numerical simulation and calculation of fluid flow and heat transfer in the shell side of tube and shell heat exchanger is calculated so that the temperature fields and stress fields of the shell side fluid under the condition of different baffle plate gap heights and inlet flows are received. The results show that the optimal gap height of the heat exchanger appears on the performance curve under the gap height between 0.2D to 0.4D, based on which the improvement approach on the structure of the heat exchanger is given.%采用Fluent参数化建模方法建立了管壳式换热器的参数化模型. 利用Fluent软件,对管壳式换热器壳程流体的流动与传热进行了数值模拟计算, 得到了不同折流板缺口高度及入口流量情况下换热器壳程流体的温度场和压力场, 给出了缺口高度在0.2D~0.4D变化时换热器的性能曲线, 得到了最优缺口高度, 并对换热器的结构优化提出了改进措施.【期刊名称】《化工装备技术》【年(卷),期】2015(036)005【总页数】5页(P9-13)【关键词】管壳式换热器;折流板;壳程;流体;数值模拟;传热性能【作者】栾艳春;陈义胜;庞赟佶【作者单位】内蒙古科技大学能源与环境学院;内蒙古科技大学分析测试中心;内蒙古科技大学能源与环境学院;大连理工大学能源与动力学院【正文语种】中文【中图分类】TQ051.50 引言换热器是能源、石油、化工等行业广泛应用的工艺设备，它不仅可用于调节介质的温度，满足实际生产的需要，同时也可用于余热回收领域。

文章编号:ISSN1005-9180(2007)01-0078-05X基于Fluent软件的汽车散热器双侧三维数值模拟潘伟东,巫江虹(华南理工大学,广州510641)[摘要]本文在对汽车散热器的物理模型单元进行了合理的简化处理后,利用Fluent软件,采用SIMPLE 算法和标准k-e湍流模型,通过求解三维N-S方程和能量方程模拟了空气在散热器空气侧流动,水在散热器的水侧流动的双侧传热过程。

计算出散热器的平均换热系数,并通过模拟两种尺寸和五种流速的情况展示出提高散热器的散热效率的几种常规做法。

[关键词]汽车散热器,双侧传热,平均换热系数,Fluent,3D数值模拟仿真[中图分类号]TB65715[文献标识码]AThe3D Numerical Value Simulation of Automobile RadiatorP AN Weidong,W U Jianghong(South China Uni versity of Technolog y,Guangzhou,510641)Abstr act:After ratio nal predigestion of the auto mobile radiator.s physical model,by using the Fluen t software,adopt2 ing the SIMPLE arithmetic and k-e overflo w model,solving the N-S equation and energy equation,thi s text simulates the2sides flo w situation-air flo w and water flo w on tw o sides of automobile radiato r1Comparing several different size and velocity of the flo w si tuation.s av erage surface heat transfer coef1,conclusions are draw n on ho w to i mprove the structure o f the purpose to increase the average surface heat transfer coef1o f the auto mo bile radiator1Keywor ds:Automo bile radiato r,2sides flo w,A verage surface heat transfer coef1,Fluent,3D numerical value simu2 lation1前言汽车散热器是汽车发动机冷却剂与空气进行热交换的换热设备,汽车水冷发动机散热器由散热芯、进水室和出水室三部分组成。

基于FLUENT的板式换热器三维数值模拟的开题报告一、课题背景板式换热器广泛应用于化工、冶金、食品、制药等领域，其换热效率直接关系到这些工业过程的能量利用效率和经济效益。

目前，利用计算机模拟技术研究板式换热器的换热性能已成为热工研究领域的重要课题。

三维数值模拟是研究板式换热器的换热性能，理解热传递规律和流动规律的重要手段，因此三维数值模拟在板式换热器研究中具有广阔的应用前景和研究价值。

二、研究内容本文基于FLUENT 17.2 软件，对板式换热器进行三维数值模拟研究。

主要包括以下几个方面的内容：1. 构建板式换热器的三维模型。

根据实际换热器的尺寸和结构，利用计算机辅助设计软件构建板式换热器的三维模型。

2. 利用FLUENT软件对板式换热器进行网格划分。

采用无结构网格技术，对板式换热器的流路进行网格划分，保证计算结果的准确性和稳定性。

3. 建立板式换热器的数学模型。

包括对流、传热和流动等物理过程的方程式以及各种边界条件和物理参数的设定。

4. 进行计算和结果分析。

利用FLUENT软件进行板式换热器的三维数值模拟计算，同时对模拟结果进行分析和比较，得出结论并进行有效性验证。

三、研究意义本文基于FLUENT软件平台，针对板式换热器进行三维数值模拟研究，不仅可以对板式换热器的热传递规律和流动特性进行深入分析，更可以为工程实践提供理论依据和技术支持。

同时，也为板式换热器的改进和优化提供参考和支撑，为推动工业过程节能和提高能量利用效率做出贡献。

四、研究计划1. 第一周：查阅文献，梳理研究思路和框架。

2. 第二周：进行板式换热器三维模型的构建和网格划分。

3. 第三周：建立板式换热器的数学模型，并设置相应的边界条件和物理参数。

4. 第四周至第七周：利用FLUENT软件进行数值模拟计算，得出计算结果。

5. 第八周：对计算结果进行数据分析和对比，得出结论。

6. 第九周至第十周：进行结果验证和总结。

以上为初步的研究计划，具体进度和研究内容将根据实际情况进行适当调整。

基于Fluent的板式换热器气体流动数值模拟
卢芳;常春梅;唐海;姚立影
【期刊名称】《化工装备技术》
【年(卷),期】2016(37)4
【摘要】针对板式换热器通道内的气体流动建立了Fluent计算模型.采用3种不同的计算模型,分别计算了通道内空气流速为14～24 m/s时的流动状态以及压降.建立了板式换热器通道的试验平台,将数值模拟结果与试验结果进行对比.对比结果表明,采用RNG κ-ε湍流模型的计算结果与试验值最为接近,其压降误差为4.3％～7.5％.
【总页数】3页(P10-12)
【作者】卢芳;常春梅;唐海;姚立影
【作者单位】上海蓝滨石化设备有限责任公司;上海蓝滨石化设备有限责任公司;上海蓝滨石化设备有限责任公司;上海蓝滨石化设备有限责任公司
【正文语种】中文
【中图分类】TQ051.5
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3.运用fluent软件对板式换热器性能的数值分析 [J], 刘杨
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明
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网状孔板纵向流换热器壳程流体流动及换热的三维数值模拟王翠华;张平;吴剑华;张先珍【期刊名称】《化工进展》【年(卷),期】2011(030)009【摘要】利用Fluent软件对网状孔板纵向流换热器壳程流体流动及换热进行了三维数值模拟,得到了壳程流体温度场、速度场及压力场等细观信息。

根据模拟的结果,揭示了网状孔板强化壳程流体换热的机理,分析了壳程流体沿轴向流动及换热的性能,总结了近壁区流场及温度场的特点。

%The fluid flow and heat transfer for shell side in reticulated orifice-baffle longitudinal flow type heat exchanger was simulated with Fluent software.The temperature field,velocity field,and pressure field in shell side were obtained.The enhancement mechanism of heat transfer due to the structure of reticulated orifice-baffle was discussed and the axial flow and heat transfer were analyzed for shell side according to the simulation results.Finally,an analysis of the flow field and temperature field close to the wall was given.【总页数】5页(P1932-1936)【作者】王翠华;张平;吴剑华;张先珍【作者单位】天津大学化工学院,天津300072;天津大学化工学院,天津300072;天津大学化工学院,天津300072;沈阳化工大学,辽宁沈阳110142【正文语种】中文【中图分类】TK124【相关文献】1.纵流壳程换热器层流流动三维数值模拟 [J], 王定标;向飒;董其伍;刘敏珊2.折流板换热器壳程湍流流动与换热的三维数值模拟 [J], 谢洪虎;江楠3.杆栅支撑纵流壳程换热器壳侧流体流动与传热的数值模拟 [J], 董其伍;刘敏珊;赵晓冬4.新型板壳式换热器壳程流动与换热的数值模拟 [J], 陈武滨;江楠5.管壳式换热器壳程流体流动与换热的数值模拟 [J], 谢洪虎;江楠因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。