FLUENT 內置換熱器模型應用指導

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摘  要：

本指導書介紹了FLUENT 換熱器模型 (Heat Exchanger) 的基本分類和它們的應用限制。通過一個 簡單的例子說明了換熱器模型應用的基本流程。而實際情況下，換熱器模型復雜，FLUENT 自帶的換 熱器模型已經滿足不了我們的實際需求。因此通過閱讀大量文獻，找到相應的傳熱關聯式，講解了有 相變換熱器計算的基本流程。最后通過 UDF，模擬了新風一體機的冷凝器。計算結果和用 CoilDesigner 模擬的結果一致性較好。

關鍵詞：

CFD  換熱器 效能-傳熱單元數法

縮略詞解釋

CFD： HTC： ε-NTU：

UDF： SEM:

計算流體力學

傳熱系數

效能-傳熱單元數

用戶自定義程序

simple-effectiveness-model

一. 基本介紹

在以往對空調機組進行 CFD 計算的時候，僅僅計算了速度場，而溫度場幾乎沒有涉及到。由于制 冷劑在換熱器中會有兩相狀態，銅管各個地方的換熱能力不一樣，這就增加了計算溫度場的難度。本 指導就是在這樣的背景下，利用CFD 軟件 FLUENT 的換熱器模型，通過 UDF 實現換熱器的計算。

二. 適用范圍

由于 FLUENT 軟件本身的限制，  目前本指導僅適用于冷凝器的計算。然而如果拋開 FLUENT ，通 過本指導的基本原理可以自己編寫程序計算冷凝器和蒸發器。不過總得來說工作量很大和繁瑣，并不 推薦這樣的方式，用商業軟件 CoilDesigner 和 EVAP-COND 可以完全替代。

三. FLUENT換熱器模型的基本概念

1 、 FLUENT計算換熱器的基本思路

FLUENT計算換熱器的基本思路就是把每跟銅管分成若干份，比如10份。然后根據制冷劑入口的狀 態 (溫度、壓力、干度、流量等) 逐份計算每跟銅管的換熱情況。上一份銅管的出口狀態作為下一份 銅管的入口狀態。

2 、FLUENT換熱器模型的分類

FLUENT共分ungrouped macro 、grouped macro和dual cell三種模型。其中dual cell模型是在FLUENT 的新版本中才出現。

2. 1 、ungrouped macro模型

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Ungrouped macro模型通常用在銅管布置較簡單的換熱器中，比如單排盤管。

2.2 、grouped macro模型

Grouped macro模型則大大擴展了FLUENT的應用范圍，適用于多排盤管的計算。我們設計的換熱 器基本都要用到這個模型。

2.3 、dual cell模型

Dual cell模型是在最新的FLUENT版本中才出現的。這個模型適用于網格不好劃分的模型。

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3 、 FLUENT換熱器模型的計算方法

共分兩種計算方法：SEM和NTU 。其中SEM方法就是給定空氣流過銅管后的溫度上升比例，和 ε

是一個意思，  ε 的定義如下：

t       t

t     t

其中：tin,a :銅管前的空氣溫度 tout,a :空氣流過銅管后的溫度

tin,r :制冷劑入口溫度   tout,r :制冷劑出口溫度

這樣我們通過制冷劑和空氣的入口狀態就能算出換熱量和它們的出口狀態了。

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NTU方法則是給定一定制冷劑和空氣流量下的換熱量。由于換熱器中制冷劑會發生相變，雖然各處 流量一樣，但是換熱量卻是不同的。因此NTU方法不適用于蒸發器和冷凝器的計算。需要注意的是后面還會提到NTU，它們的意思不一樣。這個地方的NTU僅僅代表FLUENT算換熱器的一種方法。

SEM和NTU方法有它們各自的應用局限性。和我們關系最大的就是SEM由于提供了一個UDF接口，使 得我們可以通過自己編寫程序模擬有相變的計算，而NTU則幾乎無法實現。