ansys換熱器建模的案例
CFD專欄丨基于Inspire Fluid的隱式建模換熱器設計和熱仿真
<p><strong>基于增材制造的換熱器</strong></p><p><br></p><p>增材制造，即 3D 打印技術，是一種通過逐層堆疊材料的方式構建物體的制造方法。熱交換器的設計通常是最大化表面積和最小化壓降之間的平衡。晶格結構的使用被證明是增強傳熱從而提高熱交換器效率的一種可能方法。由于體積相對較小、重量輕且熱效率高，這些基于增材制造的換熱器已在航空航天、電子設備等領域得到廣泛應用。</p><p><br></p><p><strong>? 增材制造換熱器優勢：</strong></p><p><br></p><ul><li>高比表面積換熱：如基于極小曲面的隱式建模換熱器，能增加冷熱流體的接觸面積，從而提高換熱效率，傳統換熱器在有限的空間內難以達到同等的換熱面積。</li><li>流場均勻性好：隱式建模的一些復雜結構能使流體在換熱器內的流動更加均勻，減少流動死區和渦流現象，讓熱量傳遞更充分、高效，傳統換熱器可能存在流場不均勻，導致局部換熱效率低的問題。</li><li>低熱阻特性：其結構的光滑性和連通性等特點，使得熱量傳遞過程中的熱阻相對較小，能更快速地實現熱量的傳遞和交換。</li></ul><p><img src="https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_png/x0yLiaf5fF6yoVibTeSqBpqMYyDTicj6spCp9e8ns0aFDn9IRuTzx6qJ3n46ss95KOdXDaCIxv30S3YkqqicjheicGw/640?
展開 換熱器多維度建模案例
基于Code_Saturne的換熱器多維度建模(Multi-scale Modelling)案例
研究背景
換熱器（heat exchanger），是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設備，又稱熱交換器。換熱器在化工、石油、動力、食品及其它許多工業生產中都占有重要地位，應用廣泛。
研究方法
模擬換熱器是一個多維度問題，需要使用計算流體動力學Computational Fluid Dynamics CFD。可以選擇針對整個換熱器使用CFD模擬，但過程非常復雜且造價昂貴。也可以選擇部分CFD模擬和整體法（CFD pattern and Integral method），比如，熱交換和有效性法（Number of Transfer Units Method），這種方法造價比較便宜，但在建模的過程中進行了太多假設。故可以選擇部分CFD模擬和CFD分布法（CFD pattern and CFD distribution），這樣就可以處理熱傳遞和分布問題，這種方法叫做多維度方法（Multi-level Approach)。
展開 【CAE案例】換熱器多尺度建模耦合
01
研究背景
換熱器（Heat Exchanger）是將熱流體的部分熱量傳遞給冷流體的設備，又稱熱交換器。換熱器在化工、石油、動力、食品及其它許多工業生產中占有重要地位，其在化工生產中換熱器應用廣泛可，作為加熱器、冷卻器、冷凝器、蒸發器和再沸器等。對換熱器進行流體仿真，能幫助了解換熱器內冷熱流體的溫度分布和熱量交換效率，對指導換熱器的設計具有重大意義。由于換熱器對熱量交換效率的要求，換熱器從流體進口到交換區再到出口的尺度變化較大，圖一展示了一個常見換熱器的尺寸變化。在這種情況下，如果對換熱器進行全計算流體力學（CFD）仿真，需要較大網格量才能保證網格質量，這就使得CFD仿真變得復雜和昂貴。為了節約計算成本且保證計算準確度，本案例提出了不同尺度區域分開建模再耦合的方法進行CFD仿真，分區如圖2所示。
圖1 換熱器尺寸變化
圖2 換熱器尺度分區
02
模型建立
本案例選取了如圖所示的換熱器幾何模型作為研究對象，由于換熱器是對稱的，只需研究一半的換熱器。該模型的上表面為對稱面，模型包含6個熱通道和6.5個冷通道，通道之間由12個固體片隔開。熱流體的流動方向為x，冷流體的流動方向為-z。
展開 ANSYS APDL熱分析--換熱器熱膨脹分析(附命令流)
1.項目背景
蒸汽發生器排污熱交換器充分利用余熱、完成熱量轉換的試驗裝置，求結構完整性有著至關重要的意義，而高溫下軸向的熱膨脹是導致結構失效的主要原因之一，因而計算器熱膨脹量至關重要。
2.項目目的
利用ANSYS軟件，建立蒸汽發生器排污換熱器梁單元三維模型，對其在設計溫度下的熱膨脹量進行計算，為后續驗證換熱器裝置的結構完整性提供依據。
3.理論計算
熱膨脹量理論計算公式：
?L=α??T?L
其中：α為熱膨脹系數，△T為溫差，L為管道計算長度
在本實例中，溫差△T：管側為310℃；殼側為268℃
α：12e-6 mm/mm·℃；
L：管側為1500mm；殼側為800mm
計算得軸向熱膨脹量：
?L=310?12e-6?1500+268?12e-6?800=8.153mm
4.計算輸入
熱膨脹分析時，僅需要加溫度載荷，同時將框架底部固定約束即可。
展開 
使用GB151-2014《熱交換器》附錄C規范計算換熱器流體誘發振動情況并使用ANSYS 16.2校核固有頻率結果
流體誘發振動問題是曾在上個世紀40年代引起了廣泛的關注與深入的研究
一般來說是因為高速氣流沖刷某結構（如換熱器的換熱管）因誘發周期性脫離的卡門渦街引發的周期性激勵力與結構耦合所引發的 過大的耦合效應會使得結構發生振動、疲勞甚至破壞失效
本文所涉及的設備為擴展表面式管翅式熱交換器 其常規的迎面風速為2M/S左右 一般不用校核流體誘發振動問題 本設計的迎面風速為4.7米/S 筆者使用最新版GB 151-2014《熱交換器》附錄C 流體誘振動部分的算法經過校核后發現 原設計不合格 規范中規定的4個失效條件有3個滿足 必須更改結構 經修改 滿足了要求 結構是安全的 最后還使用Ansys 16.2的模態分析模塊校核了換熱管的固有頻率 以驗證手工計算結果
使用GB151-2014《熱交換器》附錄C規范計算換熱器流體誘發振動情況并使用ANSYS 16.2校核固有頻率結果.pdf
展開 優化設計，提升性能 | 《ANSYS換熱器設計與開發仿真解決方案》現已開放領取
定義和應用
換熱器的種類
使用換熱器面臨的巨大挑戰
換熱器的分析與設計過程
分析方法
仿真對換熱器設計和開發的影響
換熱器設計難點與方案
預測換熱器結垢
換熱器設計和開發的最佳實踐
1 擴散器形狀優化
· 工程挑戰
· 仿真復雜性
· Ansys應對挑戰的關鍵功能
· 入口擴散器的形狀優化研究案例
2 導管螺紋形狀優化
· 工程挑戰
· 仿真復雜性
· Ansys應對挑戰的關鍵功能
· 波紋管
· 嚙合波紋管
3 共軛傳熱（CHT）
· 工程挑戰
· 仿真復雜性
· Ansys應對挑戰的關鍵功能
· Ansys Workbench Meshing 針對CHT繪制網格
4 冷熱循環熱機疲勞
· 工程挑戰
· 仿真復雜性
· Ansys應對挑戰的關鍵功能
5 蒸發和冷凝
· 工程挑戰
· Ansys應對挑戰的關鍵功能
· Semi-Mechanistic沸騰模型
· 蒸發和冷凝案例研究
6 系統耦合能力（0D，1D，3D耦合）
· 工程挑戰
· Ansys應對挑戰的關鍵
· 換熱器庫
二、本期資料如何獲取？
掃碼關注“上海安世亞太”微信公眾號
后臺回復“JSL”
即可獲得完整版資料冊
資料將在1-3個工作日內
發送至您的郵箱
展開 