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冷凝器有限元模型的建立及动态特性分析
冷凝器有限元模型的建立及动态特性分析是一项重要的工作。
主要用于评估系统的运行性能，以及研究和改进系统的质量。
本文主要介绍了基于有限元方法建立冷凝器模型以及动态特性分析的数值计算方法。
首先，基于实物测量来建立有限元模型，它主要包括建立节点、建立单元、建立边界条件等步骤。
通常情况下，冷凝器被建模时，网格节点数不超过三维4000个左右，单元类型有四面体单元、六面体单元等，而边界条件的研究不但需要考虑压力的边界类型，还需要考虑温度的边界类型。
其次，基于数值计算方法来进行动态特性分析。
动态特性分析的基本思想是在冷凝器系统中建立双向的信息流并做动态调节，使得系统能够达到理想的平衡状态，从而使系统具有稳定的工作特性。
为了精确分析冷凝器系统的动态特性，我们采用ABAQUS软件中可以快速计算不同类型单元及边界条件的数值计算方法。
这种方法给出的结果有较高的精度，尤其是在动态特性分析的过程中，能够有效的模拟冷凝器系统的运行特性。
最后，基于上述分析，我们能够给出对冷凝器系统性能的准确估计，进而指导系统的改进。
总之，基于有限元方法建立冷凝器模型以及动态特性分析的数值计算方法是一种有效的技术手段，可以在较短的时间内实现精准的性能分析。
一、计算模型与验证1.物理模型。
模拟以内管径D in为8.96mm的内螺纹管为对象，其结构参数如图1所示。
内螺纹管的内管径D in=8.96mm，管长L=700mm。
肋底a=0.23mm，肋顶b=0.08mm，肋顶角β=53°,螺纹沿管中心均匀布置。
变量为螺纹头数N和螺旋升角α。
螺纹头数N分别取30，45，60；螺旋升角α取18°，30°，45°，60°。
管内流体为水，管内流体雷诺数处于3200~6400，流动处于湍流状态。
研究表明，湍流状态下，若L/Din>60，则可忽略入口段的影响。
经判断，本次模拟中L/D in=78，故计算结果可以认为不受入口效应的影响。
图1 内螺纹管径向剖面局部示意图2.计算模型验证。
为验证FLUENT软件、标准k-ε湍流模型的准确性，笔者对光管进行试运算，并将计算结果所得努塞尔数Nu0和阻力系数f0与Dittus-Boelter、Gnielinski、Fikonenko关联式、Blasius实验关联式比较。
图2、图3分别是光管的模拟结果Nu0和f0与实验关联式的对比。
Nu0与Dittus-Boelter关联式最大偏差-9.5%；与Gnielinski关联式最大偏差12.4%。
f0与Fikonenko关联式最大偏差-2.51%；与Blasius关联式最大偏差6.21%。
与关联式最大偏差小于15%，故认为两者相关性较好，验证了计算模型的准确性。
图2 光管Nu与实验关联式验证图3 光管阻力系数f与实验关联式验证二、网格与边界条件1.网格划分。
使用ICEM软件建立模型并进行网格划分。
模拟计算使用Fluent 2020R2完成。
在壁面处使用壁面函数法处理近壁面问题，经多次调整首层网格高度并试运算，当首层网格高度大于1.76mm时，满足壁面函数法使用的要求Y+>30。
划分网格结构如图4所示。
图4 使用壁面函数法网格划分示意图2.网格无关性验证。
第36卷,总第210期2018年7月,第4期《节能技术》ENERGY CONSERVATION TECHNOLOGY Vol.36,Sum.No.210Jul.2018,No.4螺旋盘管式水-水换热器传热与流动特性实验研究范 渊,欧阳新萍,韦景颖,隋建达(上海理工大学能源与动力学院,上海 200093)摘 要:对螺旋盘管式换热器的特性及国内外研究状况进行了综述,对一种新型的螺旋盘管式水-水换热器进行了传热与流动特性实验研究。
实验结果表明,传热系数随冷、热水流速的增加呈现先增加后明显趋缓的变化,存在比较经济的流速数值;实验拟合得到管外流体的对流换热准则关系式,并且得到了一定流速范围内管程和壳程流体压降与流速的关联式,为螺旋盘管换热器的研究及产品设计提供了参考与依据。
关键词:螺旋盘管换热器;传热性能;阻力性能;实验研究中图分类号:TH133;TP183 文献标识码:A 文章编号:1002-6339(2018)04-0347-06Experimental Study on Heat Transfer and Flow Characteristics ofHelical Coil Water -water Heat ExchangerFAN Yuan,OUYANG Xin -ping,WEI Jing -ying,SUI Jian -da(School of Energy and Power Engineering,Unversity of Shanghai for Science and Technology,Shanghai 200093,China)Abstract :The paper presents an overview of the early studies on the characteristics of the helical coil heat exchanger and its improvement.The experimental study of heat transfer and flow characteristics of a new kind of helical coil water -water heat exchanger is carried out.The experiment results indicate that the heat transfer coefficient increases first and then slows down obviously with the increase of the flowing ve⁃locity of the cold water and the hot water,which suggests an profitable flowing velocity;the relationship of the convective heat transfer coefficient of the fluid outside the tube is obtained by experimental fit,and the relationships between pressure drop and flowing velocity inside and outside the tube are obtained in a specific range,which provides reference for the study and product design of the helical coil heat exchanger.Key words :helical coil heat exchanger;heat transfer performance;resistance performance;experimentalstudy收稿日期 2017-09-13 修订稿日期 2017-11-13作者简介:范渊(1995~),男,本科,研究方向:制冷新技术与制冷剂、换热器与强化传热。
螺旋盘管相变蓄热装置的数值模拟程晓敏;任学宏;李元元;李明娅【摘要】A phase-change heat storage model with NaNO 3-46KNO3 as the phase change material was designed to study its heat-releaseproperty .The influence of factors , including natural convection , inlet flow of heat transfer fluid , initial parame-ters, on the heat-release property was analyzed;and the efficiency of heat discharging process of heat storage equipment was e -valuated.Results show that the heat release efficiency increases with the rising inlet flow and the dropping initial temperature . The inlet flow has a higher influence effect than the initialtemperature .The heat release efficiency can also be influenced by nat-ural convection .This research provides a certain extent of reference value to practical application of phase -change heat storage equipment with spiral pipes .%以NaNO3－46KNO3为相变材料，设计了一套螺旋盘管式相变蓄热装置模型，并对其放热特性进行了研究。
