流動換熱的案例
工業蛇管流動換熱仿真分析APP
工業蛇管流動換熱仿真APP封裝了換熱運行參數、蛇管形位參數、材料物性、網格控制與計算控制參數，可快速計算蛇管尺寸、蛇管形狀、布局位置、管材特性、介質特性及運行工況等改變的情況下對工業容器蛇管散熱設備溫度及冷卻通道流場的影響。工業蛇管流動換熱仿真分析APP可查看流場溫度、流場速度及管壁溫度分布等工程中所需的計算結果。
近年來，隨著工業生產的不斷發展，工業容器蛇管散熱設備的應用也越來越廣泛，但是如何設計一個高效的蛇管散熱設備卻是一個十分復雜的問題。為了解決這個問題，工業蛇管流動換熱仿真分析APP應運而生。
工業蛇管流動換熱仿真分析APP封裝了換熱運行參數、蛇管形位參數、材料物性、網格控制與計算控制參數，可以快速計算蛇管尺寸、蛇管形狀、布局位置、管材特性、介質特性及運行工況等改變的情況下對工業容器蛇管散熱設備溫度及冷卻通道流場的影響。同時，該APP還可以查看流場溫度、流場速度及管壁溫度分布等工程中所需的計算結果。
通過使用工業蛇管流動換熱仿真分析APP，可以快速地得到蛇管尺寸、蛇管形狀、布局位置、管材特性、介質特性及運行工況等改變的情況下對工業容器蛇管散熱設備溫度及冷卻通道流場的影響。這不僅可以提高蛇管散熱設備的效率，還可以節省設計時間和成本。
需要注意的是，工業蛇管流動換熱仿真分析APP只是一個輔助工具，設計師們需要根據具體情況進行修改和優化。同時，在使用APP的時候，也需要注意對數據的準確性和合理性進行評估，以免出現錯誤的設計方案。
總之，工業蛇管流動換熱仿真分析APP的出現，為工業容器蛇管散熱設備的設計提供了更加科學、高效、可靠的解決方案，也為工業生產的發展注入了新的動力。
展開 Fluent周期性流動換熱仿真實例-翅片換熱器
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：
在解控制面板中關閉能量方程選項。菜單：Solve/Controls/Solution...。
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。
回到解控制面板，關閉流動方程打開能量方程。
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。
展開 設備|換熱器流體流動空間的選擇
選擇原則可參考以下幾條：
a)不潔凈和易結垢的流體宜走管程（U型管除外），以便清洗；
b)腐蝕性，對材料有特殊要求的流體宜走管程，以免管子和殼體同時被腐蝕，且管程便于清洗和檢修；
c)壓力較高的流體宜走管程，這樣可以減小殼體壁厚；
d)飽和蒸汽宜走殼程，因為飽和蒸汽污垢熱阻較小，傳熱系數較大一般與流速無關，且冷凝液容易排出；
e)被冷卻的流體宜走殼程，可利用殼體向外的散熱作用，增強冷卻效果；
f)黏度較大或流量較小的流體宜走殼程，因流體在有折流擋板的殼程流動時，由于流速和流向的不斷改變，在低Re值（Re＞100）下可達到湍流，提高對流傳熱系數；
g)若兩流體溫差較大，對流傳熱系數大的流體宜走殼程，因壁面溫度與α大的流體溫度相近，可以減小熱應力；h)有毒的流體宜走管內，使泄漏機會減少。
展開 FLUENT管殼式換熱器流動模擬
本教程演示了管殼式換熱器內的流體流動和傳熱問題的設置和求解。計算域包含殼體（流體域）、管道（固體域）以及管道內流體區域（流體域）三部分組成。
1 啟動Workbench并建立分析項目
（1）在Windows系統下執行“開始”→“所有程序”→ANSYS 19.2→Workbench命令，啟動Workbench 19.2，進入ANSYS Workbench 19.2界面。
（2）雙擊主界面Toolbox（工具箱）中的Analysis systems→Fluid Flow（Fluent）選項，即可在項目管理區創建分析項目A。
2 導入幾何體
（1）在A2欄的Geometry上單擊鼠標右鍵，在彈出的快捷菜單中選擇Import Geometry→Browse命令，此時會彈出“打開”對話框。
（2）在彈出的“打開”對話框中選擇文件路徑，導入leak.agdb幾何體文件。
3 劃分網格
（1）雙擊A3欄Mesh項，進入Meshing界面，在該界面下進行模型的網格劃分。
（2）右鍵殼體入口平面，在彈出的快捷菜單中選擇Create Named Selection，輸入名稱Hot-inlet，單擊OK按鈕確認。
（3）同步驟（2）創建殼體出口，命名為Hot-outlet。
（4）同步驟（2）創建管體的出入口，分別命名為Cold-inlet，Cold-outlet。
（5）右鍵選擇殼體，在彈出的快捷菜單中選擇Create Named Selection，彈出Selection Name對話框，輸入名稱Shell。
（6）同步驟（5）選擇內部管道固體域和流體域，分別命名為Tube-solid，Tube-fluid。
展開 
OpenFOAM三維換熱器流固熱耦合傳熱模擬文件，冷流和熱流逆向流動，熱流入口與冷流出口在同一側 ￥120
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Ansys Fluent TUI系列教程實例2-排氣歧管流動和換熱 ￥58
<p><strong>1、實例簡介</strong></p><p> 本實例對排氣歧管內的流場和溫度場進行模擬。模型尺寸如下:</p><p class="ql-align-center"><img src="https://img.jishulink.com/202601/imgs/bc4ce603b3394cdd9f3974f7a94be2cf.png" height="341" width="539"></p><p>（1）、已知參數</p><p> 坐標原點:位移上圖紅色入口后方的螺栓孔中心，x軸沿三個進口的中心，y軸向上，z軸向內。</p><p> 上面三個進口：溫度925k,速度10m/s,尺寸46mm*46mm</p><p> 下面一個出口：壓力出口，表壓0Pa,尺寸44mm*57mm</p><p>（2）、待求參數:</p><p>整體及局部的流場、溫度場。</p><p><strong>2、文檔說明</strong></p><p>（1）、從本示例開始，命令的逐行注釋不再使用漢字“注”，而是改用TUI的注釋符號“；”（由于在記事本中很難區分中文分號；和英文分號;如果TUI提示“invalid command [?????????????]”請檢查是否使用了英文分號！！！）。</p><p>（2）、從本示例開始，所有TUI命令中會加入版本兼容命令/file/set-tui-version"20.2" (加入該命令后可以確保TUI命令能在新版本的Fluent中正常運行，對本示例來說， 可以在Fluent2020R2以后的版本中正常運行)。</p><p>3、使用說明</p><p><span style
展開 如何提高換熱器的傳熱系數，你學會了嗎？
對于凝結換熱及自由流動換熱均有一定效果。在聲波強化措施的實用中，要注意解決如何更有效地將聲振動或超聲振動傳送至換熱設備內部的問題。③電磁場作用。對于參與換熱的流體加以高電壓而形成一個非均勻的徑向電場，這樣的靜電場能引起傳熱面附近電介質流體的混合作用，因而使對流換熱加強。試驗表明對于自由流動換熱、膜狀沸騰換熱、凝結換熱的強化效果均較顯著。如果在流體中摻入磁鐵粉，則即使在較大的Re數下，磁場也能對換熱起強化作用。如，在水或油中摻入磁鐵粉，在磁場的作用下，可使換熱系數提高50%以上。
改交流體的物性
流體的物性對對流換熱系數有較大的影響，一般導熱系數與容積比熱較大的流體，其換熱系數也較大。例如冷卻設備中用水冷比風冷的體積可減小很多，因為空氣與壁面間的α值在1～60 W/(m2·℃)范圍內，而水與壁面間的α值在200～12000 W/(m2·℃)范圍內。改變流體某些性能的另一種方法是在流體內加入一些添加劑，這是近二三十年來形成的添加劑強化傳熱研究的新課題。添加劑可以是固體或液體，它與換熱流體組合成氣-固、液-固、汽-液以及液-液混合流動系統。
改交換熱表面情況
換熱表面的性質、形狀、大小都對對流換熱系數有很大影響，通常可通過以下方法增強傳熱：
(1)增加壁面粗糙度
增加壁面粗糙度不僅有利于管內受迫流動換熱，也有利于沸騰和凝結換熱及管外受迫流動換熱。同樣的粗糙度在不同流動及換熱條件下，對傳熱效果的影響是不同的。增加粗糙度也會帶來流動阻力的增加，在工業應用中應予考慮。
展開 換熱器的傳熱系數
在一定的熱源溫度下，對流換熱系數隨著Re值而增加，且將達到某一個最大值然后下降。在應用上應控制實際的Re值接近于使對流換熱系數達最大時的臨界Re值，以充分利用旋轉流動的效果。除了流體轉動外，也有傳熱面轉動的情況，當管道繞不同軸線旋轉時利用其離心力、切應力、重力和浮力等所產生的二次環流可促使傳熱強化。管道旋轉對層流放熱的強化效果顯著，而湍流時效果不明顯。過冷沸騰與大空間沸騰的試驗表明，對于帶有螺旋斜面和切向槽渦流發生器的管道，可使沸騰換熱系數或臨界熱負荷得到提高。
(5)依靠外來能量作用
大體上有三方面措施：
①用機械或電的方法使傳熱表面或流體發生振動或通過攪拌使流體很好地混合。試驗表明，振動對于自由流動換熱、受迫流動換熱均有一定效果。對于沸騰換熱的效果不明顯，但在流體振動時對于旺盛的大空間沸騰，可使臨界熱負荷顯著提高。此法對大型換熱設備，在具體應用上有一定困難。利用機械傳動帶動攪拌器，通過流體的良好混合來強化對流換熱，效果顯著，故應用較廣，尤其對于高黏度的流體。
②對流體施加聲波或超聲波，使之交替地受到壓縮和膨脹，以增加脈動而強化傳熱。綜合各研究者試驗研究結果顯示出，對于液體或氣體，只有處于管內層流或過渡流時，聲波作用才較明顯。對于大空間泡狀沸騰的換熱影響極微，而對于過渡沸騰或膜態沸騰的換熱改善較為顯著。對于凝結換熱及自由流動換熱均有一定效果。在聲波強化措施的實用中，要注意解決如何更有效地將聲振動或超聲振動傳送至換熱設備內部的問題。③電磁場作用。對于參與換熱的流體加以高電壓而形成一個非均勻的徑向電場，這樣的靜電場能引起傳熱面附近電介質流體的混合作用，因而使對流換熱加強。試驗表明對于自由流動換熱、膜狀沸騰換熱、凝結換熱的強化效果均較顯著。如果在流體中摻入磁鐵粉，則即使在較大的Re數下，磁場也能對換熱起強化作用。
展開 流體力學分析軟件VirtualFlow，實現核反應堆熱工水力高效仿真
典型案例：
蒸汽發生器一回路流動換熱計算：VirtualFlow 通過IST 網格技術自動剖分及收縮，快速生成網格，采用標準 k-epsilon 模型，實現模擬一回路蒸汽發生器內的流動換熱。
管道熱分層：在管道熱分層計算中，采用 LES 模擬湍流效果，結果與 Hirota（2010）試驗高度吻合，證明了軟件在復雜流動現象模擬中的準確性。
壁面沸騰：通過 N 相均相模型、標準 k-epsilon 湍流模型和 RPI 壁面沸騰模型，成功模擬了對流沸騰現象，出口氣含率與試驗結果一致，且在多組算例中精度優于國外商用軟件。
?可壓縮兩相臨界流：積鼎科技開發了適用于 ADS 閥門的可壓縮兩相臨界流數值計算模型，采用飽和溫度 - 壓力模型及相變模型，可精確模擬 0.1~15.5MPa 范圍內的水和水蒸汽的臨界流現象。
本次活動為行業同仁搭建了一個高效的學習交流平臺，促進了產學研的深度合作。通過分享前沿技術和實踐經驗，進一步推動了核反應堆熱工水力仿真技術的發展，助力我國核能行業的可持續發展。
展開 自主CAE | 基于PERA SIM的電子封裝熱分析
可以看出，作為一款國產仿真軟件，PERA SIM Fluid支持耦合換熱方面的計算，能幫助分析封裝級流動換熱問題。從模型修復、網格劃分、材料定義到分析求解和結果后處理，功能完善，計算分析流程完整。
作者：安世亞太工程師 鄭哲輝
智能熱流體仿真軟件AICFD 2024R1新版本功能介紹
求解器
01.AI加速全新升級：求解范圍擴大至各類工業級流動換熱復雜案例，并大幅提升加速效率；
02.優化多相流VOF算法：精度與魯棒性雙提升，達到船舶靜水阻力行業使用標準；
03.優化數值格式：氣動噪聲達到汽車行業使用標準；
04.優化可壓縮算法：跨聲速可壓支持航空經典算例；
05.支持動態邊界條件：為多物理場聯合仿真提供底層支持。
1）“前前處理”模塊全新發布
傳統CFD軟件學習成本高，研發人員面對各類繁瑣的功能選項和專業術語常常無從下手，大部分時間都浪費在與實際業務毫無關聯的概念理解；在缺乏有效指導的前提下，仿真設置過程中錯選、漏選成為常態，研發人員不得不付出大量的成本試錯。
針對此痛點，AICFD創新性研發“前前處理”模塊，利用智能算法將熱流體基礎理論與工程應用實踐建立映射，從工程角度出發拆解復雜的流體問題，用戶在通俗易懂的交互式問答中即可輕松完成物理場景定義、湍流模型選擇、邊界條件設置等操作。
圖1 “前前處理”引導用戶進行VOF多相流設置
2）幾何網格模塊全新升級
幾何處理與網格劃分能力直接影響了通用CFD軟件的產品體驗，對求解效率、精度及穩定性至關重要。產品設計人員需要一款操作簡單、全流程業務閉環的仿真產品，滿足快速迭代產品設計的需求。仿真工程師則已有固定的網格劃分工具及習慣，要求CFD產品支持大規模、多類型的網格導入和編輯功能，最大程度發揮求解器的能力。
展開 
仿真APP助力石油化工設備設計優化，提高生產效率及安全性
立即體驗：www.simapps.com/v/174677.html
07 工業蛇管流動換熱分析仿真APP
蛇形管換熱器按其結構形狀可分為沉浸式和噴淋式蛇形管換熱器兩類。此APP展示的是沉浸式蛇形管流動換熱的過程。此APP封裝了換熱運行參數、蛇管形位參數、材料物性、網格控制與計算控制參數，可快速計算蛇管尺寸、蛇管形狀、布局位置、管材特性、介質特性及運行工況等改變的情況下對工業容器蛇管散熱設備溫度及冷卻通道流場的影響。
立即體驗：www.simapps.com/v/199903.html
08 三通管湍流內流場冷熱流混合效果分析仿真APP
冷熱流體在三通管內的湍流混合是一類具有代表性的典型問題，對于工業系統的效率、安全性和經濟性具有重要的實際意義。仿真分析能夠幫助工程師提高混合的均勻性和效率，從而減少能源浪費；減少因熱波動誘發的熱應力、熱疲勞，降低部件失效風險；可作為管道優化的基礎。
本APP使用SSTk-omega湍流模型對一個三通管內部不同流速、不同溫度流體的混合效果進行快速分析，以便在設計早期識別潛在的設計風險。
立即體驗：www.simapps.com/v/222846.html
09 旋風分離器流場分析仿真APP
旋風分離器，是用于氣固體系或者液固體系的分離的一種設備。工作原理為靠氣流切向引入造成的旋轉運動，使具有較大慣性離心力的固體顆粒或液滴甩向外壁面分開。是工業上應用很廣的一種分離設備。
此APP采用自主CAE軟件Simdroid對旋風分離器內的氣相流場進行了參數化建模仿真，仿真過程整合成旋風分離器流場分析APP。
展開 多相流模擬仿真在核電領域的應用及展望
圖 2 棒束通道流動換熱
?熱分層現象研究：在核反應堆的某些管道和設備中，由于冷熱流體的混合，可能會產生熱分層現象。多相流模型可用于模擬熱分層現象，分析其對管道應力、設備性能和安全的影響，為防止熱分層引起的熱疲勞和設備失效提供技術支持。
圖 3 管道熱分層模擬
（三）安全分析與評估
失水事故（LOCA）模擬：失水事故是核反應堆的一種嚴重事故工況，多相流模型可用于模擬失水事故過程中的冷卻劑流失、燃料元件暴露、蒸汽生成和壓力變化等現象，預測事故的發展趨勢和后果，為制定事故應急預案和安全措施提供依據。
圖 4 壓熱沖擊（PTS）分析
蒸汽發生器管束破裂事故分析：模擬蒸汽發生器管束破裂后的汽水兩相流動和傳熱過程，評估事故對核反應堆安全的影響，研究事故緩解措施和修復方案。
嚴重事故模擬：對于核反應堆的嚴重事故，如堆芯熔化、燃料元件熔融等，多相流模型可以結合其他物理模型，如熔融燃料的流動和傳熱、與冷卻劑的相互作用等，進行綜合模擬，為嚴重事故的研究和應對提供技術支持。
（四）事故模擬與研究
管道破裂事故模擬：模擬核反應堆系統中管道破裂后的多相流流動和壓力變化，分析管道內的流體噴射、相間作用和對周圍設備的影響，為管道破裂事故的預防和處理提供參考。
圖 5 蒸汽噴射模擬
泄漏事故模擬：研究核反應堆系統中不同部位的泄漏事故，如閥門泄漏、泵密封泄漏等，模擬泄漏流體的流動和擴散，評估泄漏事故對環境和人員的危害，為泄漏事故的檢測和修復提供技術支持。
四、多相流模型在核電領域的研究進展
模型改進與開發：研究人員不斷對現有的多相流模型進行改進和完善，以提高其對核電領域復雜多相流現象的模擬精度和適用性。例如，對不同壁面沸騰模型進行研究，針對特定場景獲取精確的多相流相變模型。
展開 特斯拉閥協同毛細微柵欄結構熱沉?
圖3 高換熱性能熱沉的啟動條件
在熱沉中，周期性波動還伴隨著入口附近的蒸汽回流，且持續時間很久。此外，持續的蒸汽回流阻止了液體再進入，并導致壓降和壁溫出現放大的振幅。與此形成鮮明對比的是，當χ>0.25時，它們變得非常穩定，顯示出穩定的兩相流的典型特征，這是由于特斯拉閥的啟動而抑制兩相回流的結果，稱為“啟動”狀態。
此外，團隊還研究了該型熱沉在正向流動下的流動沸騰傳熱性能，探明了該型熱沉換熱性能的躍升現象，并發現通道出口蒸汽干度0.25是其沸騰換熱性能躍升的閾值（圖3d所示）。當新型熱沉為“關閉”狀態（χ＜0.25）時，壓降和壁溫在短時間內出現周期性波動，這是由于持續的蒸汽回流阻礙了液體進入，導致壓降和壁面溫度的波動幅值增大。當新型熱沉呈現“打開”狀態（χ>0.25）時，呈現典型的穩定兩相流特征，壁面溫度和壓降的振幅明顯減小。此時壁面過熱度下降，即使在高熱流密度下，壁面的過熱度也能保持相對低值。另外，流動沸騰的整體HTC曲線呈現出獨特的平方根形。
相較于傳統微通道熱沉難以控制壁溫，該新型熱沉首次實現了流動沸騰性能的可切換性，如圖4a所示。
圖4 特斯拉微通道協同毛細微柵欄結構強化沸騰傳熱性能
研究進一步發現該型熱沉可以根據沸騰條件切換工作狀態，實現換熱系數和臨界熱流密度的巨大提升。如圖4顯示，相較于傳統光滑平直微通道熱沉，該型熱沉在總流量為0.36 kg/h條件下的流動沸騰換熱系數和散熱熱流密度分別提高了6倍和5倍，可達175 kW/m2K和830 W/cm2。另外在總流量為0.18 kg/h時，出口蒸汽干度達到了0.8，表明了該型熱沉的高熱傳輸效率。
展開 Fluent項目仿真
已承接并完成的項目涉及能源動力、航空、船舶、建筑、暖通、電力等諸多領域；
本團隊完成的項目：
? 換熱器流固熱耦合三維流場仿真；
? 多種翅片管換熱及流動特性模擬；
? 多孔介質區域流動模擬；
? 地埋式電纜空間自然對流模擬；
? 室內置換通風流場模擬；
? 建筑風場模擬；
? 濕式冷卻塔換熱模擬；
? 空冷換熱器、空冷島三維換熱流動模擬；
? 風力機等葉輪旋轉機械氣動力模擬；
? 復雜幾何結構氣動外流場模擬；
? 三維動網格模擬；
? 結合結構動力學Newmark-B法采用動網格模擬剛體渦振（二次開發）；
? 船體興波阻力模擬；
? 飛行器亞音速、跨音速、超音速、高超音速模擬；
? 旋轉電機流動與換熱模擬；
? 室內濕空氣換熱流動非穩態模擬（二次開發）；
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注：我們不是一支學生團隊，所有成員均為職業人士，沒有學生。
北京CFD模擬仿真團隊項目介紹.pdf
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