heat exchanger的案例
FLUENT內置換熱器模型應用指導 heat exchanger ￥28
附錄 13
文檔名稱:
FLUENT 內置換熱器模型應用指導
頁數: 第 4 頁 共 13 頁
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。
展開 新型太陽能發電換熱器材料-ZrC/W復合材料
(b) 暴露于sCO2流體(含50 p.p.mCO)Cu包封的ZrC/W樣品，實驗條件：1023K，1000h，20MPa
圖三 計算出的印刷電路型換熱器的功率密度
文獻鏈接：
Ceramic–metal composites for heat exchangers in concentrated solar power plants(Nature, 2018, DOI:10.1038/s41586-018-0593-1)
看GE通過3D打印重新定義熱交換器?
圖片來源：US10175003B2_additive manufacturing heat exchanger_GE
3D打印技術允許整體制造非常薄的翅片，例如具有介于約0.10mm和5.08mm之間厚度的翅片。制造極薄翅片的能力也使得能夠制造熱交換器具有非常大的熱交換特征密度。
熱交換器可以包括薄壁（小于0.76mm），窄通道和新穎的熱交換特征。所有這些特征可能十分復雜，以最大化熱傳遞效果，并使熱交換器的尺寸或占地面積最小化。此外，增材制造工藝使得能夠制造具有不同材料，特定傳熱系數或所需表面紋理的結構，可以增強或限制通過通道的流體流動。
更復雜
意味著更高效
熱交換器的外部輪廓可以是正方形、圓形、曲線形或任何其他合適的形狀，以緊密地配合到燃氣渦輪發動機中的空間中，或者是更符合空氣動力學。
另外，熱交換器內的流體供應通道可以是任何合適的尺寸或構造，并且可以包括獨特的輪廓，更薄的壁，更小的通道高度，以及更復雜的熱交換特征。
利用增材制造工藝，可以通過表面光潔度和通道尺寸以改善通過通道的流體流動，改善通道內的熱傳遞等。
例如，可以通過以下方式調整表面光潔度（例如，使其更光滑或更粗糙）。在增材制造過程中選擇合適的激光參數，可以通過增加激光掃描速度或粉末層的厚度來實現更粗糙的光潔度，并且可以通過降低激光掃描速度或粉末層的厚度來實現更光滑的光潔度。還可以改變掃描圖案和/或激光功率以改變所選區域中的表面光潔度。
值得注意的是，更光滑的表面可以促進更快的流體流過熱交換器通道，而較粗糙的表面可以促進流體的湍流和增加的熱傳遞。
參考資料：US10175003B2_additive manufacturing heat exchanger_GE
來源：3D科學谷
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Softbits.Flaresim.V5.2.0.1376火炬模擬
Honeywell.UniSim.Heat.Exchangers.R460.1 1CD
HONEYWELL.UniSim.Design.R451
HONEYWELL.UniSim.Flare.R451
HONEYWELL.UniSim.Pressure.Relief.System.R451
HONEYWELL.UniSim.ExchangerNet.R451
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ifu.eSankey.Pro.v4.5.2.0
Intergraph.Smartplant.Review.2017.v12.00.00.0501三維工廠模型瀏覽和設計檢查
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Keysight.Suite.2018.Win64-SSQ
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COMSOL進階課程：換熱器三維仿真
COMSOL進階課程：換熱器三維仿真 COMSOL Masterclass: 3D simulation of a heat exchanger 發布年份：2026 課程時長：1小時 文件大小：579.6MB 語言：英文 課程內容 本課程從零開始搭建管殼式換熱器完整三維仿真模型，
AVL.Fire.2011.1.Win32_64.&.Linux32_64-ISO 3DVD
.&.Linux32_64-ISO 4DVD
AVL.WorkSpace.SUITE.v4.0 用戶手冊（英文版）
AVL Suite v2013.2 Win32_64 & Linux32_64-ISO 4DVD
AVL Suite 2016.0 (Workspace Suite 2016.0) Win32_64 & Linux64 2DVD
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長期有效:
TEL：18980583122 扣扣：1140988741
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Schlumberger.PIPESIM.2017.2.1071 x64多相流穩態模擬軟件
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展開 SolidWorks 中定制設計的熱交換器 ￥5
Assembly of Heat exchanger Part.SLDPRT
結構網格練習 (有厚度的直管)
流場分析最好還是學會建 Hexa (六面體)網格較有益處 (如收斂快,準度高,容易控制邊界層厚度(for Y+ control)且網格數量容易調整及控制), 特別是Heat Exchanger的薄片若用tetra會產生天文數字的網格數量的!
一個不太難的Hexa網格練習題,這是標準共軛熱傳的題目,配合O-grid,是很好的練習題!
最後附的是icemcfd geometry file (icemcfd 中直接用File >Geometry> open gerometry> 讀取)
cht_tube_source.rar
【仿真公開課】CFD/LS-DYNA/ICEPAK/WORKBENCH/SCDM/ROCKY...
Exchangers
練習 1:Using Rocky DEM to Understand Fouling of Heat Exchangers
模塊 05：氣力分選輸送
幾何和網格設置
Fluent計算及速度分布顯示
結果導入Rocky以及材料和顆粒設置
定義耦合參數
計算及結果處理
演示 1: DEM-CFD One-Way Coupling with ANSYS Fluent
練習 1 ：DEM-CFD One-Way Coupling with ANSYS Fluent
模塊 06：非球形固定床反應器的耦合分析案例
幾何和網格構建
Fluent邊界條件設置和計算
結果導入Rocky以及材料和顆粒設置
計算以及耦合方式設置
耦合求解以及結果處理
演示 1 ：DEM-CFD Two-Way Coupling with ANSYS Fluent
練習 1: DEM-CFD Two-Way Coupling with ANSYS Fluent
Ansys WORKBENCH結構分析基礎培訓
培訓時間：3月9日~11日（3.2截止報名）
培訓費用：RMB 4500 /人
時間
具體內容
第一天
ANSYS Workbench介紹
Workbench結構分析基本過程
SCDM幾何建模
SCDM幾何模型修補及簡化
第二天
通用前處理
幾何
接觸
坐標系系統
命名選擇
網格劃分技術和使用技巧
總體設置
局面設置
虛拓撲
第三天
靜態結構分析
裝配體– 實體接觸
分析設置
載荷及約束
結果后處理
CAD 及參數優化
展開 DEFORM邊界條件之：熱邊界條件(Thermal Boundary Conditions)
1 環境熱交換(Heat Exchange with the environment BCC)
顧名思義，這個選項就是設置材料與環境的熱交換系數的，通常涉及到傳熱的計算時，這個選項是最常用的。點擊之后會出現選擇面單元的小窗口，可選擇設置換熱邊界條件的面，選擇完后，別忘了點。此外，點擊可以設置環境溫度以及換熱系數。
也可以設置局部的熱交換條件，點擊，可以對局部區域進行框選，設置局部的熱交換參數。
2 溫度(Temperature)
這個選項是為材料的節點賦予溫度的。可以選擇單個節點進行賦值，也可以選擇整個面上的節點統一賦值，選擇的方式在Pick Node小窗口進行切換。Temperature指定所選節點的溫度值，當然也可以變量，在Function中下拉選擇define function，會出現溫度隨時間變化的設置表。
3熱通量(heat)
設置熱源用，指單位時間通過某一面積的熱能(J/s)。Heat和Function與溫度設置一樣。
4 熱流密度(heat flux)
與熱通量類似，只是除以了一個面積 (指通過單位面積的熱通量 (J/s/m2))。Heat flux和Function設置同溫度設置一樣。
5 更多(Advanced)
Advanced選項提供了更靈活的多種邊界條件。用戶可以指定用戶子程序號或局部傳熱定義邊界條件。如果用戶要指定子程序，則應指定子程序編號。指定的子程序編號將與邊界條件所對應的子程序相對應。如果例程編號保留為0，則用戶可以定義局部邊界條件，在該條件下，需要指定環境溫度，對流系數，輻射率和熱流密度等條件。
展開 3D打印優化設計熱交換器，性能提高了20倍
△熱交換器的內部結構和周圍系統，圖片來自伊利諾伊大學
這項研究已經發表在論文 "Ultra-power-dense heat exchanger development through genetic algorithm design and additive manufacturing "中。它是由Hyunkyu Moon、Davis McGregor、Nenad Miljkovic和William King共同撰寫的。
Moldex3D模流分析之如何評估模溫機與水路是否兼容
圖一 水路系統
冷卻液流至模溫機內部后，先通過熱交換器 (heat exchanger)，根據用戶設定模溫溫度，熱交換器對冷卻液進行加熱或冷卻，最后再透過幫浦(pump) 將冷卻液推出模溫機外。
我們知道流動必然是從高壓流向低壓，在整個流動路徑上，冷卻液從幫浦(pump) 流出位置擁有最大流體壓力，流體壓力隨著流動路徑逐漸遞減，回流至幫浦(pump)變成最小值。
幫浦與水路之間的關系
從模溫機廠商的規格書之中，常見到模溫機幫浦效能曲線，其輸出壓力越大，流量越小，反之壓力越小流量越大。 而我們從管路理論得知，在水管管徑固定的情況下，流量越大水管壓力差越大。 幫浦與水路兩者組合一起達到壓力平衡，就可以得到水路內流量與壓力，如圖二所示。
圖二 模溫機與模具水路關系
Moldex3D可以提供什么功能來幫助？
Moldex3D 可以為連接水路的進水口指定模溫機(見圖三) ，使用者在沒有流量計的情況下，可以根據手上模溫機規格來設計及驗證對應的水路布局，就可以從模擬知道水路與模溫機之間的關系(見圖四)，得到更合理的水路進口條件，不需要再猜測進水口的流量或壓力。 除了知道水路分析的水管流量，再配合模溫分析觀察是否達到目標模溫，藉此評估此模溫機是否適用于當前的模具水路。
圖三 Moldex3D設定水路邊界條件接口
圖四 Moldex3D分析流量與壓力關系
總結
對于模溫機廠商而言，不可能了解客戶每一個模具的水路設計，而對于客戶而言，為了每一套模具購買不同模溫機并不劃算。 因此大部份情況下是以模具大小、塑件大小及模溫需求，推測目前模溫機與模具是否可以搭配，再根據現場模溫狀況更精準地調整模溫機。
展開 混合動力汽車熱管理仿真軟件kuli
On the one hand this allows heat conduction in both directions and on the other hand the
cell’s thermal lag is also modeled appropriately. The final 1D simulation model of the entire battery module consists of the individual cells, piping and tubing, heat exchanger and coolant
pump。
參考文獻：Simulating Thermal Management of Battery Modules for the Propulsion of Hybrid Vehicles Peter Drage, Christian Kussmann, SebastianJagsch MAGNA STEYR Fahrzeugtechnik AG & CO KG Graz, Austria
更多案例，關注公眾號：電池系統設計與開發
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參考文獻：Simulating Thermal Management of Battery Modules for the Propulsion of Hybrid Vehicles Peter Drage, Christian Kussmann, SebastianJagsch MAGNA STEYR Fahrzeugtechnik AG & CO KG Graz, Austria
展開 如何評估模溫機與水路是否兼容
圖1：水路系統
冷卻液流至模溫機內部后，先通過熱交換器(heat exchanger)，根據使用者設定模溫溫度，熱交換器對冷卻液進行加熱或冷卻，最后再透過幫浦(pump)將冷卻液推出模溫機外。
我們知道流動必然是從高壓流向低壓，在整個流動路徑上，冷卻液從幫浦(pump)流出位置擁有最大流體壓力，流體壓力隨著流動路徑逐漸遞減，回流至幫浦(pump)變成最小值。
幫浦與水路之間的關系
從模溫機廠商的規格書之中，常見到模溫機幫浦效能曲線，其輸出壓力越大，流量越小，反之壓力越小流量越大。而我們從管路理論得知，在水管管徑固定的情況下，流量越大水管壓力差越大。幫浦與水路兩者組合一起達到壓力平衡，就可以得到水路內流量與壓力，如圖2所示。
圖2：模溫機與模具水路關系
Moldex3D可以提供什么功能來幫助？
Moldex3D可以為連接水路的進水口指定模溫機（見圖3），使用者在沒有流量計的情況下，可以根據手上模溫機規格來設計及驗證對應的水路布局，就可以從模擬知道水路與模溫機之間的關系（見圖4），得到更合理的水路進口條件，不需要再猜測進水口的流量或壓力。除了知道水路分析的水管流量，再配合模溫分析觀察是否達到目標模溫，藉此評估此模溫機是否適用于當前的模具水路。
圖3：Moldex3D設定水路邊界條件界面
圖4：Moldex3D分析流量與壓力關系
總結
對于模溫機廠商而言，不可能了解客戶每一個模具的水路設計，而對于客戶而言，為了每一套模具購買不同模溫機并不劃算。因此大部份情況下是以模具大小、塑件大小及模溫需求，推測目前模溫機與模具是否可以搭配，再根據現場模溫狀況更精準地調整模溫機。
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