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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初始温度场
Fluent是一个计算流体力学（CFD）软件，可用于模拟和分析流体的流动和热传输。
在使用Fluent进行热传输分析时，需要设定初始温度场，即初始时刻各个区域的温度值。
设定初始温度场的方法可以有多种，一种简单的方法是根据实际情况和经验设定初始温度值。
例如，在对流体在一段加热管中的流动和热传输进行分析时，可以根据管内流体的初始温度设定初始温度场。
另一种方法是引入外部数据，比如先前的实验数据或者其他软件模拟的结果，作为Fluent的初始温度场。
这要求先将外部数据导入Fluent中，并将其作为初始温度场进行设定。
在Fluent中设定初始温度场的具体步骤是：
1. 打开Fluent软件。
2. 引入模型和网格文件，设置相应的边界条件。
3. 进入"Define"菜单，选择"Operating Conditions"。
4. 在弹出的窗口中，找到"Initial Conditions"选项，点击进入。
5. 在"Initial Conditions"窗口中，选择"Temperature"并设定初始温度值。
6. 将所需的初始温度值分配给模型中的不同区域或者单元格，可以手动逐个设定，也可以通过批量设置等方式实现。
7. 确认并保存设置。
8. 运行模拟或分析。
需要注意的是，初始温度场的设定对于后续的热传输分析结果可能会有一定的影响，因此根据具体情况合理设定初始温度场非常重要。
第44卷第7期 山西建筑Vol.44No.72 0 1 8 年3 月 SHANXI ARCHITECTURE Mar.2018 •123 •文章编号：1009-6825 (2018)07-0123-02基于F L U E N T模拟的通风屋顶流场分析胡晓蕾高岩(北京建筑大学环境与能源工程学院，北京100044)摘要:通风屋顶作为一种传统的自然通风方式，对于降低建筑能耗和节约能源有非常重要的作用，针对通风屋顶的通风桥进行 研究，运用F L U E N T软件模拟分析其内部温度场和流速场的分布和变化。
关键词:通风屋顶,通风桥，温度场,速度场中图分类号:T U834.1 文献标识码:A〇引言近年来，随着绿色建筑的大力发展，人们越来越关注室内环境的舒适度，建筑节能日益受到广泛的关注。
在这样的大趋势下，空调技术不断发展,而空调技术带来的能源消耗和“空调病”等现状也日益突出。
面对现今能源紧张、节能压力增大、空气品质下降、建筑综合症等状况，自然通风这一传统的气候适宜性技术开始受到人们的青睐[1]。
本文首先介绍了通风屋顶的结构、原理等，之后通过运用流场模拟软件F L U E N T来模拟分析其内部的 温度和流速分布。
1建筑通风1.1 建筑通风的目的建筑自然通风的目的主要有两个:一是使用建筑手法营造一 个良好的自然通风室内环境;二是采用科学技术,使夏季在室内 人们可以感受到凉爽而冬季又不会感觉潮湿[2]。
它在很大的程 度上降低人们对空调的使用率从而降低电耗，节约能源。
另一方 面，自然通风又可提供充足的新风量，从而改善室内的空气品质，降低呼吸道疾病的发病率。
1.2自然通风的形成原因自然通风包括完全自然通风和机械辅助的人文通风。
而完 全自然通风的形成主要由两个方面决定，即“压力差”和“温度 差”。
具体来说是风速流动形成压力差和墙壁温度不同造成的室 内外温差引发了室内外空气的流动[3]。
1.3屋顶结构在自然通风中的作用随着空间高度的上升而温度越来越高的现象使得由于高度 差带来了温度的差异，整个建筑物自上而下纵向会形成一个类似 “竖井”的结构，由温度的差异来加速了气流的运动，总而言之，概 括为就是“温差产生热压，热压带动气流，气流引发通风”[2]。
二维模拟：一、模拟类型：1、 大区域空间速度场模拟计算区域大小设置：迎风面是建筑长度的3倍，背风面是建筑长度的12倍，两侧面是建筑宽度的3倍，高度是建筑高度的4倍。
根据相似理论：l C -几何比例尺 速度比例尺：210l C C =υ 风量比例尺：2520l l Q C C C C =⋅=υ 热量比例尺：250l T Q C C C Cq =⋅=∆2、 建筑户型温度场、速度场模拟二、基本操作步骤及注意事项：A gambit 建模1、 建模：方法一：直接在GAMBIT 建模；方法二：CAD 导入gambit ；1） 在CAD 中用PL 线将户型的基本构造画出来，创建为面域；2） 输入命令acisoutver ，把‘70’修改为‘30’。
3） “文件”——“输出”——sat 文件4） 在gambit 中导入Acis 文件注意：在用PL 线构画户型时，在进口和出口边界（窗户、内户门），要各边界端点连续画线。
2、 划分网格：Interval Size ：503、 设置边界条件内部开口边界（门）设置为internal ，房间相邻墙壁设置为Wall4、 保存文件，并输出mesh 文件B 导入fluent 计算：1、 导入mesh 文件2、 检查网格3、 设置单位gambit 里可以缩小建筑比例建模，在fluent 中设置单位恢复原模型。
4、 选择计算模型5、 设置材料类型6、 设置边界条件7、 设置模拟控制条件8、 边界初始化9、设置监视窗口10、设置迭代次数进行计算11、结果显示12、保存文件三、需解决问题：1、湍流强度等计算；2、层流湍流界定问题；3、壁面湿度设置问题；四、待提高部分：1、户型流场模拟时，墙壁考虑采用双钱；2、南京理工校区原始模型（不简化）模拟；3、三维模型模拟；五、。
基于FLUENT的建筑物风沙两相流场数值模拟基于FLUENT的建筑物风沙两相流场数值模拟随着城市化进程的加快，城市建筑物带来的风沙问题逐渐凸显。
为了优化城市建筑物的设计和提高城市环境的质量，建筑物风沙两相流场数值模拟成为一个重要的研究领域。
本文基于FLUENT软件，通过数值模拟的方式，对建筑物风沙问题进行了研究。
建筑物风沙问题是指由于风的作用，建筑物周围的大量沙尘颗粒被悬浮在空气中，形成风沙现象。
这不仅会对建筑物的外观和耐久性造成影响，还会对周围环境和人体健康造成威胁。
因此，研究建筑物风沙问题具有重要的理论和实践意义。
FLUENT是一种基于计算流体力学原理的数值模拟软件，可以用于模拟不同领域的流体力学问题。
在建筑物风沙模拟中，FLUENT可以模拟风场和颗粒物运动两个方面的物理过程。
通过建立风沙两相流方程组，FLUENT可以计算风场的分布，并预测建筑物周围的沙尘颗粒运动轨迹和浓度分布。
具体来说，模拟建筑物风沙问题的过程包括以下几个步骤。
首先，需要对建筑物和周围环境进行几何建模。
可以使用CAD软件绘制建筑物的三维模型，并将其导入到FLUENT中。
同时，还需设置起始风速、沙尘颗粒的初始分布和体积浓度等参数。
接下来，需要建立风沙两相流场方程组。
风场方程可以通过雷诺平均-纳维尔-斯托克斯（RANS）方程或大涡模拟（LES）方程进行模拟。
沙尘颗粒的运动可以通过离散相模型进行描述，考虑颗粒之间的相互作用、颗粒与流体之间的相互作用以及颗粒间和颗粒与建筑物之间的碰撞等。
然后，进行数值求解。
借助FLUENT提供的求解器和网格生成工具，可以对建筑物风沙两相流场进行数值计算。
通过迭代求解风场方程和颗粒运动方程，可以得到建筑物周围风场和沙尘颗粒的分布情况。
最后，对模拟结果进行分析和评估。
可以通过对风速、压力、沙尘颗粒浓度等参数进行统计和可视化分析，以评估建筑物周围的风沙状况。
同时，还可以通过与实验数据进行对比，验证数值模拟的准确性和可靠性。
１物理模型和数学模型１．１物理和数学模型文研究的是空气源热泵热水器中的水箱。
小型家用热泵热水器是一种基于热泵循环原理的新型热水器，利用蒸发器从周围环境中（空气中）吸收热能，同时通过冷凝器将热能释放到水箱中去，从而加热水箱中的水，提供生活热水。
该种热泵热水器是一种节能、环保型的家用热水器装置。
具有高效节能、可全天候使用、安全可靠等优点，而且实现了低品位空气热能的利用，具有广阔的发展和应用前景，开始在热水器市场上崭露头角川。
此水箱内部布置如图ｌ所示，高温高压制冷剂Ｒ２２从底部进入盘管，与水箱中的水换热后，从水箱顶部流出，此过程中水箱内水被加热升温。
外壳由保温材料保温，内部布置有螺旋式盘管加热器。
水箔图１热泵热水器系统结构图３５．６８ｃｍ，．内部换热器盘管外径ｌｃｍ，内径０．９８ｃｍ，管子间距为１．２ｃｍ，圆截面有１０７．２个，最底下的管子距离底部高２０ｃｍ，管子中心距水箱中轴线距离为１０ｃｍ。
为研究方便，本文做了如下假设畸１：１）把三维的水箱简化成如图２所示的二维模型。
水箱加热过程中，盘管内制冷剂存在两相流动，盘管本身却是固体介质，而水箱中水是液体。
而且内部盘管的几何结构复杂，要直接模拟三维瞬态加热过程，计算量将很大，对计算机的要求非常高。
为此，本文把它简化成二维模型，即水箱过中轴线的竖直截面，如图二所示。
水箱中的盘管虽然是盘旋上升，但是其截面图上的差别几乎可以忽略不计。
２）假设水箱内盘管的厚度为０；３）假设水箱加热过程中，通过盘管的制冷剂全部处于两项区。
４）假设水的密度仅与温度有关。
５）加热过程中无进水和出水。
６）分布器内压力变化较小，可以将水视为不可压缩流体。
加热过程中，水箱内水呈湍流流动。
７）忽略水箱壁面的漏热。
基于以上假设，整个过程可用以下连续性方程、雷诺平均Ｎ－Ｓ方程、能量守恒方程、湍动能ｋ以及湍动能耗散率ｓ的输运方程来描述。
口１连续性方程：ａ，ｐ。
＋ａｉｖ（ｐＥ）：０ｄｆＮ－Ｓ方程：了ａ（ｐｕ）．Ｉ－咖（ｐ＿）：ｄｉｖ∽×ｇｒａｄ—ｕ）＋Ｓ。
基于FLUENT的高温PEMFC流场设计
解书艳;钟绍华
【期刊名称】《汽车工程师》
【年(卷),期】2010(000)012
【摘要】与传统低温燃料电池相比,高温PEM燃料电池可简化燃料电池的水管理和热管理系统,降低系统的复杂性和成本,近年来高温PEMFC的流场设计逐渐成为研究的重点.基于计算流体软件FLUENT中的PEMFc模块,对3种常见的流场形式分别从膜中水舍量、氧气的浓度和电流密度分布3个方面进行了三维数值模拟和综合分析.结果显示,在高温条件下,性能由高到低依次为：单蛇形流场、平行流场和多蛇形流场.该方法可用于高温PEM燃料电池流场的设计指导.
【总页数】4页(P31-33,62)
【作者】解书艳;钟绍华
【作者单位】武汉理工大学汽车学院
【正文语种】中文
【中图分类】TM911.4
【相关文献】
1.基于FLUENT的高温PEMFC流场设计
2.基于FLUENT高温压蜡机蜡模充型流场的数值计算与分析
3.基于Fluent流场分析在换热器设计中的应用
4.基于Fluent 流场分析的拖拉机齿轮泵结构优化设计
5.基于FLUENT的水力旋流器入口结构参数优化设计流场仿真
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