计算流体力学——翅片管换热器Fluent数值模拟
Fluent隐藏指令和缝翅片管翅式换热器翅片侧换热表面换热流动性能的数值模拟
Fluent隐藏指令和缝翅⽚管翅式换热器翅⽚侧换热表⾯换热流动性能的数值模拟开fluent中设置了⼀些隐藏模型，普通的⽤户界⾯是没有相关选项的，必须⽤相关命令开启。
以下为部分隐藏模型的开启⽅法：1.并⾏模式（仅适⽤于单机多核情况）在windows“开始/运⾏”中输⼊“fluent 2d -t2”，其中“2d”表⽰2d求解器，"t2"表⽰⽤两个核⼼进⾏并⾏计算。
需要注意的是，有的机器需要在“开始/运⾏”中输⼊fluent的完整路径，⽐如“C:\Fluent.Inc\ntbin\ntx86\fluent 2d -t2”。
2.⼤涡模拟在fluent界⾯中输⼊命令“（rpsetvar les-2d? #t)”，然后按回车就⾏了。
需要注意的是括号不能少，另外好像是需要⼿动输⼊的，直接粘贴的话有可能不⾏。
3.低雷诺数模型⾸先选中k-e模型，然后在fluent界⾯中输⼊“de/mo/v/t”，回车。
此时会出现三个模型选项，然后输⼊“low"，回车，输⼊“y”，回车。
这样你在k-e模型下就发现多了个低雷诺数选项。
另外两个专家模型，⼤家有兴趣的话也可以研究⼀下。
4.电磁流体模型读⼊你的case，然后在fluent界⾯中输⼊“de/mo/add”，回车，此时出现5个隐藏模型选项，选择第⼀个就是mhd模型了。
需要注意的是只有先读⼊cas之后，才能调出该模型。
5.⽹格修补fluent读⼊⽹格时，特别是针对gridgen等第三⽅⽹格，有的时候会出现left handness的情况。
在fluent界⾯中输⼊“gr/mo/re-fa-ha”，回车。
据说进⾏上述操作之后就有可能修复left handness的问题。
（不过我⼀次都没修复成功过）。
缝翅⽚管翅式换热器翅⽚侧换热表⾯换热流动性能的数值模拟发表时间：2008年3⽉7⽇| 来源：本⽂⽹址：/doc/40093b6527d3240c8447ef78.html/app/app_detail.aspx?id=2811赵震李光熙西安交通⼤学热⼯教研室摘要本⽂对由表⾯开缝翅⽚组成的管翅式换热器翅⽚侧换热表⾯在层流情况下的换热和阻⼒性能进⾏了数值模拟。
紧凑型设计5mm翅片管式换热器的数值模拟
紧凑型设计5mm翅片管式换热器的数值模拟目前5mm管径的翅片片距通常处于1.2mm～1.3mm之间，通过紧凑式设计加工方法可以使其片距减少至0.8mm～1.0mm。
本文我们将主要从理论分析、三维建模以及Fluent计算来进行分析对比翅片片距的减少对换热能力和空气压损两个方面的影响。
1、引言空调产品的外形尺寸往往影响着成本、空间占有率和用户的满意度，因此紧凑式换热器设计成为趋势，将空调的关键零部件的外形尺寸和重量作为一个对标参数进行研究优化，减小外形体积和重量，改善产品的空间占有率，降低综合成本。
（1）结构设计能诱使流体产生湍流流动以获得较高传热系数；（2）阻止污垢形成使污垢系数较小；（3）流程设计使冷、热流体间温差推动力达到最大值。
换热面积是表征换热器性能的一个最基本的特征，在相同的换热量和阻力要求下，换热面积越小，表明该换热器的性能越佳。
因此，以换热面积最小为目标函数，以换热器的外形尺寸为优化参数对换热器进行优化。
而翅片间距是控制换热面积一个关键因素，在选择具有合理翅化比的换热器的翅片间距时还需考虑经济性和紧凑度等方面的因素。
在高效紧凑和流动阻力的增加之间达到最优的效果，必须寻求最优的结构参数。
受翅片效率和翅化比的约束，管间距的调整范围有限，翅片的片距成为主要的调节。
2、理论分析对于翅片管式换热器而言，空气侧的传热热阻较液体侧大，所以选择强化空气侧传热，加强翅片的对流换热以提高换热性能。
根据换热器计算过程，空气侧的迎风面积和表面传热系数对总传热系数的影响起主要作用，如公式（1）所示：强化翅片传热，除了要考虑到翅片强化对流传热机理的不同，还要考虑到空气的流态，Re决定了空气是层流或湍流。
（1）层流流动时，流体速度和温度曾抛物线分布，从流体核心到壁面都存在速度和温度梯度。
（2）湍流流动时，流体核心的速度场和温度场均比较均匀，对流换热的热阻主要出现在贴近壁面的流体粘性底层中，因此采取的对流换热强化措施是破坏边界层，即增加对边界层的扰动以减薄边界层的厚度，增强换热能力。
翅片管换热器传热特性的数值模拟研究的开题报告
翅片管换热器传热特性的数值模拟研究的开题报告一、选题背景及研究意义翅片管换热器作为一种常见的换热设备，在各种工业领域中广泛应用。
其优势在于具有较高的传热效率和达到较高的换热功率密度。
为了更好地了解其传热特性，需要对其进行数值模拟研究。
本文将针对翅片管换热器进行数值模拟研究，探讨其传热性能。
具体研究内容为：1）建立翅片管换热器的数值模型；2）分析不同数组方式和翅片参数对传热性能的影响；3）分析流体热物性参数对传热性能的影响；4）探讨翅片管换热器的优化设计。
此项研究具有重要的理论和实际意义。
理论上，研究翅片管换热器的传热特性，可以深入了解其换热信号，为设计和优化提供基础数据。
在实践中，通过有效的设计和优化翅片管换热器，减少能源消耗，提高生产效率，降低生产成本，具有重要的经济和社会意义。
二、研究内容和方法1.建立数值模型由于翅片管换热器的几何形状复杂，一般采用计算流体力学（CFD）方法进行数值模拟，以获得其传热性能。
本文将采用ANSYS Fluent软件建立封闭式水冷翅片管换热器的三维数值模型，模拟翅片管换热器的传热特性。
2.分析不同数组方式和翅片参数对传热性能的影响本文将选取不同数组方式和翅片参数，分别对其不同的传热性能进行分析研究。
分析各种参数对翅片管换热器传热效率影响的规律，为翅片管换热器的优化设计提供理论依据。
3.分析流体热物性参数对传热性能的影响流体热物性参数包括热导率、比热容和密度等，都是影响翅片管换热器传热性能的重要因素。
本文将在研究过程中分析这些参数对传热性能的影响。
4.探讨翅片管换热器的优化设计基于数值模拟结果及分析，根据目标要求，针对翅片管换热器进行有效的优化设计，提高其传热效率，降低运行成本，达到节能减排的目的。
三、预期研究成果1. 建立封闭式水冷翅片管换热器的数值模型，并进行合理的验证。
2. 探究不同数组方式和翅片参数对传热性能的影响规律。
3. 分析流体热物性参数对传热性能的影响规律。
翅片管式换热器的数值模拟与优化
CHEMICAL INDUSTRY AND ENGINEERING PROGRESS 2010年第 29卷增刊 ·82·化工进展翅片管式换热器的数值模拟与优化司子辉,张燕,康一亭,欧顺冰(西华大学能源与环境学院,四川成都 610039摘要:利用 FLUENT 数值模拟方法,研究两种翅片(波纹三对称穿孔翅片与波纹翅片的表面流动性与传热性,得到不同风速表面传热系数的分布。
表面传热系数模拟结果与实验数据的误差为 5%~10%,证明该模拟方法的正确性。
研究结果表明:当气流速度不同时,波纹三对称穿孔翅片表面传热系数比波纹翅片表面传热系数高20%~28%,节约能耗,强化传热。
关键词:翅片;数值模拟;表面传热系数中图分类号:TB 657.5; TQ 008 文献标志码:A 文章编号:1000– 6613(2010 S2–082– 05Numerical simulation and optimization of finned tube heat exchanger SI Zihui , ZHANG Yan, KANG Yiting, OU Shunbing(School of Energy and Environment, Xihua University, Chengdu 610039, Sichuan , ChinaAbstract: The performance of surface flow and heat transfer of two kinds of different finned-tubes (wavy three symmetric holes fin surfaces and wavy fin surfaces are numerically studied by using FLUENT software, and distributions of convection heattransfer coefficients are obtained. The error of surface heat transfer coefficient between simulation results and experimental data ranges from 5% to 10%, which proves the feasibility of the simulation method. The results show that the convection heat transfer coefficients of the wavy three symmetric holes fin surfaces increase by 20%—28% compared to the wavy fin surfaces, thus saving energy and enhancing heat transfer.Key words: fin; numerical simulation; surface heat transfer coefficient翅片管式换热器应用广泛,其强化传热的数值模拟的研究一直是研究者普遍关注的课题。
翅片管式换热器空气侧性能的数值模拟
文章编号:CAR105翅片管式换热器空气侧性能的数值模拟陈莹1高飞1高冈大造1徐林虓1李维仲2左建国2(1三洋电机(中国有限公司大连分公司2大连理工大学能源与动力学院摘要采用数值模拟的方法对翅片间距为1.6mm的波纹翅片管换热器的性能进行了研究,考察了在不同的迎面风速条件下1-5列换热器空气侧的换热和压降特性。
得到了翅片表面温度分布、压力分布等结果,分析了迎面风速对翅片表面的温度、空气流动的影响。
数值模拟结果与在相同条件下的试验结果进行了对比,对数值模拟结果的准确性进行了验证。
关键词波纹翅片换热器数值模拟换热系数压力损失NUMERICAL SIMULATION OF AIR-SIDE PERFORMANCE OFFINNED TUBE HEAT EXCHANGERChen Ying1 Gao Fei1 Daizo Takaoka1 Xu Linxiao1 Li Weizhong2 Zuo Jianguo2(1 SANYO Electric(ChinaCo.Ltd. Dalian Branch Research Dept2 Energy and Power Department of DLUTAbstract The performance of corrugated finned tube heat exchangers are simulated, the characteristic of air side heat transfer and friction of 1-5 rows heat exchangers are investigated under different frontal velocities. The results of temperature profile and pressure profile on fin surface are achieved. The effect of frontal velocity with the fin surface temperature and air flow is analyzed. The numerical results are validated by comparing with the experimental results under the same boundary conditions.Keywords Corrugated fin Heat exchanger Numerical simulation Heat tranfer coefficient Pressure drop0 引言管翅式换热器被大家广为关注[1,2,3],因此,对于管翅式换热器的换热及阻力性能的研究,具有重要意义。
论文振动翅片管流动与换热的介观数值模拟研究
论文振动翅片管流动与换热的介观数值模拟研究振动翅片管是一种常见的换热器件，其通过管道内的振动翅片来增强热传导和流动混合，从而提高换热性能。
介数模拟是一种有效的研究振动翅片管流动与换热的方法之一。
以下是对振动翅片管流动与换热的介数模拟研究的分析：1. 几何建模和网格划分：首先，需要对振动翅片管的几何形状进行建模，包括翅片的结构和管道的几何参数。
根据研究需求，可以选择二维或三维模型。
然后，将领域分割为网格单元，通常使用结构化网格或非结构化网格，以适应复杂的几何形状和流场。
2. 运动方程模拟：为了研究振动翅片管的流动特性，需要在数值模拟中考虑流体的流动运动。
通过求解流体力学中的Navier-Stokes方程，可以模拟流场的速度、压力和温度的变化。
针对振动翅片管，需要考虑流体的不可压缩性和翅片的良好运动模拟。
3. 振动翅片模拟：振动翅片的运动是振动翅片管换热性能的关键因素之一。
可以通过振动翅片上加入适当的振动力，或根据实验数据模拟振动模式。
同时，应考虑翅片在流动中产生的阻尼效应，如流体-结构相互作用（FSI）等。
4. 换热模拟：振动翅片管主要应用于换热领域，在模拟中需要考虑热传导、对流和辐射等换热机制。
根据流体的温度分布和翅片表面的换热特性，可以计算出管道内部和外部的换热效率和温度场分布。
5. 结果分析与优化设计：通过数值模拟，可以获得振动翅片管流动与换热的参数和特性。
通过分析和比较不同工况和翅片设计的结果，可以评估翅片形状、振动频率和幅度等参数对换热性能的影响，并进行优化设计。
需要注意的是，数值模拟只是对振动翅片管流动与换热的近似预测，具体的结果仍需与实验数据进行验证和修正。
此外，模拟过程中还需要合理选取边界条件、流体模型和模。
翅片管式换热器传热与流场流动特性的数值模拟
耦 合计 算 ， 这 就要求 管 壁和管 外都 需要 布置 网格 ， 整 体建模 的思路 必 将 产 生数 量 巨大 的 网格 ， 在 实 际模 拟计 算 中受 到计算 机软硬 件 的限制 。为 了便 于 计算 ， 在实 际情 况 的基 础 上对 翅 片 管 换 热 的物
理模 型 作如 下简化 假设 ：
中图分类号 Ｔ Ｑ Ｏ ５ １ ． ５ 文 献 标 识 码 Ａ 文章编号 ０ ２ ５ ４ ￣０ ９ ４ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ３ － ０ ３ ４ ７ ０５ －
扩 展表 面强 化传 热在换 热器 中已得 到广泛 的
应用 ， 翅 片 管 是 最 常 见 的扩 展 表 面 形 式 之 一 … 。
１ 换 热器 的基本 结 构参 数及 整体模 型 简化 笔者 研究 的换 热器 是油 田用 注气 锅炉 的对 流
ｄ ．基 管 与 翅 片 的导 热 系 数 为 常 数 ， 且 忽 略 基 管轴 向导热 对换热 的影 响 ；
ｅ ．对 辐 射 换 热 和 重 力 影 响 忽 略 不 计 ， 且 不 考虑 翅 片管 的污垢热 阻 。
段， 由１ ４排共计 １ ６ ２根翅 片管 组 成 ， 每 根翅 片 管
长３ ７ ９ ２ ｍ ｍ， 翅 片管 基 管外 径 ８ ９ ａｍ， ｒ 壁厚 １ ３ ｍ ｍ，
通过 对翅 片管 换 热 器 几何 形 状 进 行 分 析 ， 发 现 与管束 轴 向垂 直 的截 面 形 状 和尺 寸 均 相 同 ， 都 为矩 形和梯 形 的组合 。在 受热 管束 轴线 的 中点 取 如 图 １所示 方框 中的区域作 为计 算域 进行 数值 模 拟 。计算域 的截 面与 管 束 轴 线 方 向垂 直 ， 沿 轴 向
摘 要
在 对 大 型 翅 片管 式换 热 器 结 构 合 理 简 化 的 基 础 上 ， 应用 Ｃ Ｆ Ｄ 和 数 值 传 熟 学方 法 ， 建 立 了翅 片
翅片换热器模型
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）。
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倾斜度<92%，长 宽比<5
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均匀倾角波纹翅片管换热器数值模拟
fluent设置：
检查网格 Display—Check
最小体积不能为负值
显示网格 Display—Grid
设置单位 Display—Scale 本例以毫米为单位
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均匀倾角波纹翅片管换热器数值模拟
计算流体力学
题目：均匀倾角波纹翅片管换热器数值模拟
华北电力大学——能动学院——建环所
LOGO
均匀倾角波纹翅片管换热器数值模拟 问题描述：
管翅式换热器主要由传热管和翅片组成，通常外部流体介质为空气。翅片与传热 管间是钎焊连接，可以看作管道表面的延伸。翅片的形式有很多种，比如平直式、 波纹式、多孔型等。本文将对均匀倾角波纹翅片换热器进行数值模拟。
换热器示意图
计算区域侧面示意图
计算区域俯视图
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均匀倾角波纹翅片管换热器数值模拟
模拟均匀倾角波纹翅片换热器尺寸 模拟均匀倾角波纹翅片换热器边界条件
计算区域侧面示意图
计算区域俯视图
模拟均匀倾角波纹翅片换热器尺寸：
名称 翅片纵向长度 翅片间距 尺寸 36mm 1.8mm 名称 翅片管子横向间距 翅片管外径 尺寸 12.7mm 9mm
选择计算模型：
设置求解器
Display---Models---solve 保持默认
设置能量方程
Display---Models---Energy 选中 Energy Equation
设置操作环境
本例不考虑重力影响， 保持默认
设置流体物理属性
本例文空气 保持默认即可
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均匀倾角波纹翅片管换热器数值模拟
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均匀倾角波纹翅片管换热器数值模拟
在Gambit 中建立模型 启动Gambit，选择求解器fluent5/6
首先根据上面的翅片尺 寸建立一个波纹形平面， 然后Sweep faces，拉 伸成体，即沿线段拉伸 成三层体。如右图所示：
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均匀倾角波纹翅片管换热器数值模拟
根据尺寸建立同心 圆柱体，通过剪切 得到环状体，通过 复制移动得到计算 区域图形，如右图：
本文的难点在于模型的建立和边界条件的设定。
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LOGO
选择simple方法，二阶 迎风格式
流场初始化
Solve---Initialize
开始迭代
Solve---Iterate 迭代次数是500
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均匀倾角波纹翅片管换热器数值模拟
残差图显示计算收敛，此时迭代到225步
速度分析：
在入口处，在最窄流通面的两侧流体速度 升高很快，等值线分布较为密集。在管子 后侧，流体边界层发生分离，形成回流区， 速度较低。
设置边界条件
需要对流体、入口、出口、周期 性边界、对称性边界、固壁和连 续区域类型中的翅片和管壁按照 前面的给定条件一一设定
求解参数设置
Solve---Controls---Solution
打开残插图
Solve---Monitors---Residual 选中Option下的Plot，在计算式 动态显示残差
new_fin
new-tube1 new-tube2
SOLID
SOLID SOLID
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均匀倾角波纹翅片管换热器数值模拟
网格划分：
为了保证网格质量，将模型进行分块划分网格，与换热管无接触的即规则体
名称 规则体块（上） 规则体块（下） 不规则体块 Elements Hex Hex/wedge Hex/wedge Type Map Cooper Cooper Interval size 0.2 0.2 0.2
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均匀倾角波纹翅片管换热器数值模拟
温度分析： 在迎风侧，温度场分布较密集，温度递增显著，此时流体与壁面的温差较 大，换热强烈。在背风侧，温度场分布稀疏，温度变化不大，流体与壁面 温差较小。在管子背风面尾迹区，由于发生扰流脱体而产生回流，气温较 高，接近管壁温度，换热最弱。
温度分布云图
温度等值线图
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均匀倾角波纹翅片管换热器数值模拟
总结： 在使用Fluent软件模拟管翅式换热器内的流动与换热的过程中，不仅熟 悉了模型的建立和软件操作的基本流程，还对加深了对原来所学流体和传热 知识的理解，以上的速度、和温度的等值线图清晰的显示了翅片间空气中间 层的速度场分布和温度分布，为进一步强化传热提供了优化的依据和方向。
翅片厚度
翅片管子纵向间距
0.12mm
18mm
翅片管壁厚
波纹倾角
0.3mm
18.43°
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均匀倾角波纹翅片管换热器数值模拟
模拟均匀倾角波纹翅片换热器边界条件：
名称 入口流体 入口速度 翅片材料 条件 空气 3m/s 铝 名称 入口温度 换热管温度 翅片温度 条件 308k 318k 318k
基本假设： 辐射换热忽略不计； 不考虑换热管轴向的传热、换热管排间的逆向导热影响，只考虑与换热管垂 直方向上通过翅片的换热； 低雷诺数下，认为空气是不可压缩流体； 翅片沿换热管方向均匀分布； 翅片导热系数无限大，即翅片效率为1； 空气进口速度、温度恒定； 忽略翅片与管子外壁面的接触热阻，与管子温度相同； 翅片端部绝热
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均匀倾角波纹翅片管换热器数值模拟
压力分析： 波纹翅片表面连续起伏对流体的阻滞作用和扰动作用比较大，产生的能量损失 比较大。在最窄流通面的两侧压力先降低后回升，在近壁出甚至出现负压区， 原因是流体在扰流圆管时，流通面的变化引起流速先增加后减少，导致气体静 压先减小后增加。
压力分布云图
压力等值线图
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均匀倾角波后分层分 别于两个环 体进行剪切， 注意剪切过 程中retain和 connect的应 用，最终保 留环体的壁 厚，如下图：
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均匀倾角波纹翅片管换热器数值模拟
边界条件设定：
Specify Boundary Types Name Type Inlet VELOCITY_INLET outlet OUTFLOW Symmetry1 SYMMETRY Symmetry2 SYMMETRY periodic1 PERIODIC Periodic2~ periodic7 PERIODIC Periodic8 PERIODIC Specify Continuum Types Name Type