计算流体力学——翅片管换热器Fluent数值模拟教育课件

毕业设计（论文）管壳式换热器的建模、换热计算和CFD模拟专业年级2007级热能与动力工程专业学号姓名******** 杨郭指导教师刘巍评阅人刘庆君二零一一年六月中国南京任务书课题名称：管壳式换热器的建模、换热计算与CFD模拟课题类型：毕业论文任务书内容:1、英文资料的翻译5千个汉字字符以上（要求和热动、空调、能源、环境、新能源等本专业有关的内容，可以是英文著作、设备使用手册、英文文献检索、英文专利文献、网上专题介绍等实用性的、将来工作中可遇到的相关题材的文章，最好不要是科普类、教学类的英文）2、使用的原始资料（数据）及设计技术要求：2.1.管壳式换热器，热交换功率100kW，200kW。

2.2.温度进口350~500℃，出口温度150~200℃，流速可变；温度进口100~150℃，出口温度300~450℃，流速可变。

其总流阻损失应在满足规定要求。

2.3.换热器材料可选，几何尺寸可变；工作介质可选择（空气、水、氟利昂） 2.4.换热器外壁面绝热保温； 2.5.采用CFD模拟计算与能量分析，对系统进行相关工况的模拟；3、设计内容：3.1. 学习和消化设计任务书，按照设计任务书的设计内容，拟定工作内容和计划，拟定出设计和计算的每个过程中应该遵循设计要求与规定。

3.2.查找和收集有关管壳式换热器的历史和现状资料，查找相关管壳式换热器的运用案例，及其相关的技术条件和运行要求。

3.3.以科技文献检索，包括期刊、专利、设计标准、产品标准、设计手册、产品样本，寻找和熟悉相关的分析计算软件；熟悉设计工具软件、电脑等；3.4.根据已知参数，用ProE设计出符合要求的管壳式换热器，并学习如何导入相关软件进行网格设计；3.5.进行管壳式换热器CFD网格设计，用fluent软件对管壳式换热器进行变工况运行能量分析；3.5.分析计算换热器的流阻损失，其结果的合理性，分析提高换热效率主要手段和改进的方向。

3.6.输出的计算文件包括：3.6.1.完整的毕业设计任务书3.6.2.符合要求的算模型的结构、尺寸； 3.6.3.换热计算的过程、表格，计算结果的结论等等； 3.6.4.规定状态的CFD模拟结果和能量分析图； 3.6.5.毕业设计论文； 3.7.把所作的工作、学习的体会、方案的选择过程、计算方案过程等写在过程手册中，写好毕业设计论文。

1翅片换热器fluent 模型将基于CFD 软件FLUENT ，汇集了大多数的流体计算模型，包括层流模型、化学运输及反应流模型、相变模拟模型，多相流模型和辐射模型，提供分离解法和耦合解法两种数值方法来求解模型的控制方程，整个求结果称利用设定残差值、松弛因子和Courant 数来控制其精确性、稳定性和收敛性。

本文将利用Fluent 软件，在对屋里模型进行合理的简化处理的基础上，对冷梁空调末端翅片换热器表面的空气流动和传热情况进行模拟计算研究，分析了翅片的入口风速对于翅片表面温度分布、气流流动、翅片换热系数和换热量及气流阻力的影响，并得到相关结论。

翅片换热器中铜管外面通过机械胀管的方式套上平行的连续翅片以增加换热面积。

根据不同的结构尺寸或换热量的要求，换热器可以是一排或者多排，翅片也有平片、波纹片和各种冲缝片等不同形式。

它的的整个换热过程为：换热器换热铜管中的冷冻水的热量通过导热的形式传递给套在外面的翅片，翅片的热量再以对流的方式传递给翅片表面的冷空气（常温），通过不停地吹入新的冷空气达到增强冷却的作用。

由于换热铜管外套的翅片的形状不同，换热效果自然有好坏之分。

另外，对于同一种翅片换热器来说，其入口风速、温度等也会影响其换热的效率。

2 fluent 三维模拟过程2.1计算工况和计算域的确定计算工况选取翅片换热器盘管冷冻水的与外界热空气换热过程，冷冻水温选择289K ，计算域为铜管外上下两片翅片之间空气流过的区域。

表1 翅片结构参数 mm 单翅片宽度 翅片间距 翅片厚度 管间距 管径 管壁厚 24 1 0.105 40 10 0.35 2.2 Gambit 建模建立三维模型和网络划分及边界条件的设定在Gambit 模块下完成，这是fluent 计算的前处理过程，网格是六面体和四面体网络，网格总数均为45869个，网格质量在0.7以下，可以接受。

在Gambit 模块下设定其边界类型和流体类型如下：进口为速度入口，出口为自由压力入口，管壁为恒温边界条件，翅片面为耦合计算壁面，外壁边界为对称性边界条件，内壁边界为恒温边界条件，流体为空气（设为理想气体）。

fluent计算流体力学（原创版）目录1.Fluent 软件介绍2.Fluent 计算流体力学的原理3.Fluent 在计算流体力学中的应用实例4.Fluent 计算流体力学的优势和局限性5.结论正文一、Fluent 软件介绍Fluent 是一款由美国 CFD 公司（Computational Fluid Dynamics）开发的计算流体力学（Computational Fluid Dynamics，简称 CFD）软件。

该软件广泛应用于工程领域，如航空航天、汽车制造、能源生产等，以模拟和分析流体流动现象。

Fluent 通过计算机模拟流体的运动，可以预测流体在不同条件下的行为，为用户提供优化设计的依据。

二、Fluent 计算流体力学的原理Fluent 基于计算流体力学的原理，采用有限体积法（Finite Volume Method，简称 FVM）对流体进行离散化处理。

在 Fluent 中，流体被划分为无数个小的体积单元，通过对每个体积单元内的流体物理量（如速度、压力、密度等）进行积分，可以得到整个流体的运动状态。

这样的计算方法可以克服传统计算流体力学中的复杂数学方程，使问题变得易于求解。

三、Fluent 在计算流体力学中的应用实例Fluent 在计算流体力学中有广泛的应用，以下是几个具体的实例：1.飞机翼型优化：Fluent 可以用于分析飞机翼型在不同速度下的气流分布，为飞机设计师提供优化设计的依据。

2.汽车尾气排放：Fluent 可以模拟汽车尾气的流动过程，帮助汽车制造商优化排气系统，降低尾气排放。

3.热交换器设计：Fluent 可以分析热交换器内流体的流动状态，为工程师提供优化热交换器性能的建议。

四、Fluent 计算流体力学的优势和局限性1.优势：Fluent 具有强大的计算能力，可以模拟复杂的流体流动现象；计算速度快，效率高；用户界面友好，操作简便。

2.局限性：Fluent 作为一种计算流体力学软件，无法完全替代实验研究；模拟结果受输入参数和模型的限制，可能与实际结果存在一定误差；对计算机硬件要求较高。

百叶窗翅片管换热器空气侧流动换热的三维数值模拟摘要本文利用FLUENT软件模拟了百叶窗翅片管换热器空气侧流动和传热过程,根据百叶窗翅片倾角(0°,10°,14°,20°,25°,30°)的不同,建立了6个几何模型,定性分析了倾角为30°时的翅片表面温度场分布、压力场分布和速度场分布;同时比较了不同倾角对流动换热性能的影响。

关键词换热;百叶窗翅片;数值模拟0 引言换热器在工业中有着广泛的应用,如制冷、能源、化工、航空航天等等工业都需要用到换热器。

采用紧凑、高效的换热器,不仅可使整个装置的尺寸重量减小,而且由于装置的功耗减少,可降低整个系统能耗比。

因此研究各种高效、紧凑的换热器具有重要意义[1]。

圆管百叶窗翅片管换热器是一种新型高效的紧凑式换热器。

而研究发现,最普通的平直翅片管换热器管内热阻、铜管与翅片的接触热阻、管外空气侧的热阻比为2∶1∶7[2]。

管外翅片换热仍然是制约换热器效能的主要因素。

因此,强化空气侧的换热成了翅片管换热器强化传热的重要问题。

1998年, 对17个不同结构的百叶窗翅片管式换热器进行了实验研究[3];本文利用软件FLUENT软件模拟了双排(叉排)百叶窗翅片管换热器空气流动和传热过程,获得了翅片表面温度场分布、压力场分布和速度场分布。

1 模型的建立及网格的划分为实现对圆管百叶窗翅片管换热器的三维数值模拟,对实验条件进行适当简化,根据物理模型结构尺寸的对称性,本文所取的计算区域如图2所示,取连续空间中的以翅片为中心的空间为计算区域,计算区域的长度为40mm,高度为翅片间距2.8mm,宽度为横向管距的一半12mm。

设定其边界类型和流体类型如下,进口为速度入口,出口为自由压力出口,管壁为恒温边界条件,翅片面为耦合计算壁面,外壁边界为对称性边界条件,内壁边界为恒温边界条件,流体为空气(设为理想气体)。

采用3D标准层流模型进行求解,计算在管外进行,压力——速度耦合采用SIMPLEC方法[2],动量方程和能量方程均采用二阶迎风差分格式[2],翅片表面温度采用常温的方式计算。