案例描述：

氨水在間斷式翅片換熱器的流動換熱仿真。由于在間斷式翅片換熱器中重復的幾何單元多，這里取它的一個重復單元進行仿真分析即可，尺寸和邊界條件見下圖。

FLUENT 提供流向周期流的計算。這種流動具有廣泛的應用，如熱交換管道以及通過水箱的管流。在這些流動模式中，幾何外形沿流動方向上具有重復性的特點，從而導致了周期性完全發展的流動。這些周期性條件在足夠的入口長度后就會形成，具體與雷諾數和幾何外形有關。

周期性熱傳導的解策略：

完成了周期性熱傳導常數壁面溫度的用戶輸入之后，你就可以解決流動和熱傳導問題直至收斂。最為有效的解決方法是首先解沒有熱傳導的周期性流動，然后不改變流場來解熱傳導問題，具體步驟如下：

1. 在解控制面板中關閉能量方程選項。菜單：Solve/Controls/Solution...。

2. 解剩下的方程（連續性，動量以及湍流參數（可選））來獲取收斂的周期性流動的流場解。注意，當你在開始計算之前初始化流場時，請使用入口體積溫度和壁面溫度的平均值作為流場的初始溫度。

3. 回到解控制面板，關閉流動方程打開能量方程。

4. 解能量方程直至收斂獲取周期性溫度場。

當同時考慮流動和熱傳導來解決周期性流動和熱傳導問題時，你就會發現上面所介紹的方法相當有效。

 

1、導入網格

1.1 打開Fluent軟件，選擇2D求解器。

1.2 導入網格。

1.3 尺寸縮放。在本案例的附件網格，需要點擊Scale兩次，如下圖。

2、模型選擇

打開能量方程和湍流模型，其中，湍流模型設置如下。

3、材料

在流體材料庫中調出氨水ammonia-liquid (nh3<l>)的物性。

4、計算域設置

將計算域的材料設置為氨水。

5、邊界條件

5.1 翅片wall邊界，包括wall-top和wall-bottom。給定wall溫度為350K，其余保持默認。

5.2 周期性邊界，Periodic。給定質量流量為1.385kg/s，給定溫度240K。

6、設置參考值

為了計算壁面的Stanton值，需要設定參考值，如下。

7、求解設置

7.1 求解方案。

7.2 松弛因子。將能量松弛因子設置為0.95，其他默認。殘差收斂判據出來能量外，其余全部改為1e-4。將求解的方程取消energy方程，只求解流動和湍流方程。

7.3 面監控。監控計算過程中wall-top面的Stanton值得變化。

7.4 初始化。

7.5 迭代步數輸入1000，計算1000步后的殘差曲線如下，計算到673步收斂。

7.6 取消流動和湍流方程的計算，啟動能量方程計算。

點擊繼續迭代計算，再次計算100多步就收斂。收斂殘差如下。

面監控Stanton數如下，4.0902e-3。對于氨水經過此類翅片表面，當Re=7000時候，實驗測到Stanton數為3.87e-3，仿真和實驗值相差5.7%，非常接近。后期可以將流動和湍流計算更加收斂，同時將能量收斂判據也降低，會使得仿真和實驗值更加接近。

8、后處理

8.1 設置對稱面顯示。

8.2 速度場顯示

8.3 溫度場顯示

放大翅片表面的溫度場如下：

來源：流體與熱控大本營

作者：曾社銓