Fluent流體換熱的案例
Fluent實(shí)用案例 | 螺旋翅片管式換熱器換熱仿真
具體網(wǎng)格劃分如下圖所示：</p><p class="ql-align-center"><img src="https://img.jishulink.com/msimage/202508/86354b51e088d1d7e3f99da5745cd145.png"></p><p><strong>4 FLUENT 設(shè)置</strong></p><p><strong>4.1 General設(shè)置與網(wǎng)格導(dǎo)入</strong></p><p>由于本文僅分析換熱管的整體換熱性能，因此僅需要進(jìn)行穩(wěn)態(tài)計(jì)算結(jié)果的討論，此處的設(shè)置比較簡單，勾選為穩(wěn)態(tài)計(jì)算。</p><p class="ql-align-center"><img src="https://img.jishulink.com/msimage/202508/c5d81aab5978711e26d1bb4c1de6b8f3.jpg"></p><p><br></p><p><strong>4.2 模型設(shè)置</strong></p><p>由于是換熱管計(jì)算，因此需要開啟能量方程。</p><p class="ql-align-center"><img src="https://img.jishulink.com/msimage/202508/6da57791d88e5eaae404babc80cf8660.png"></p><p><strong>4.3 材料設(shè)置</strong></p><p>由于本模型包含流體和固體區(qū)域，因此需要對固體區(qū)域材料進(jìn)行設(shè)置，此處選擇Fluent內(nèi)置固體材料：銅。進(jìn)行相關(guān)計(jì)算。
展開 Fluent周期性流動換熱仿真實(shí)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(fù)的幾何單元多，這里取它的一個(gè)重復(fù)單元進(jìn)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(jì)算。這種流動具有廣泛的應(yīng)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(fù)性的特點(diǎn)，從而導(dǎo)致了周期性完全發(fā)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(shù)和幾何外形有關(guān)。
周期性熱傳導(dǎo)的解策略：
完成了周期性熱傳導(dǎo)常數(shù)壁面溫度的用戶輸入之后，你就可以解決流動和熱傳導(dǎo)問題直至收斂。最為有效的解決方法是首先解沒有熱傳導(dǎo)的周期性流動，然后不改變流場來解熱傳導(dǎo)問題，具體步驟如下：
在解控制面板中關(guān)閉能量方程選項(xiàng)。菜單：Solve/Controls/Solution...。
解剩下的方程（連續(xù)性，動量以及湍流參數(shù)（可選））來獲取收斂的周期性流動的流場解。注意，當(dāng)你在開始計(jì)算之前初始化流場時(shí)，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(guān)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(dāng)同時(shí)考慮流動和熱傳導(dǎo)來解決周期性流動和熱傳導(dǎo)問題時(shí)，你就會發(fā)現(xiàn)上面所介紹的方法相當(dāng)有效。
1、導(dǎo)入網(wǎng)格
1.1 打開Fluent軟件，選擇2D求解器。
1.2 導(dǎo)入網(wǎng)格。
1.3 尺寸縮放。在本案例的附件網(wǎng)格，需要點(diǎn)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(shè)置如下。
3、材料
在流體材料庫中調(diào)出氨水a(chǎn)mmonia-liquid (nh3<l>)的物性。
4、計(jì)算域設(shè)置
將計(jì)算域的材料設(shè)置為氨水。
展開 設(shè)備|換熱器流體流動空間的選擇
流體流徑的選擇是指在管程和殼程各走哪一種流體，此問題受多方因素的制約。選擇原則可參考以下幾條：
a)不潔凈和易結(jié)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(shí)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?yàn)轱柡驼羝酃笩嶙栎^小，傳熱系數(shù)較大一般與流速無關(guān)，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(qiáng)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(shí)，由于流速和流向的不斷改變，在低Re值（Re＞100）下可達(dá)到湍流，提高對流傳熱系數(shù)；
g)若兩流體溫差較大，對流傳熱系數(shù)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(yīng)力；h)有毒的流體宜走管內(nèi)，使泄漏機(jī)會減少。
展開 ANSYS Fluent案例解析_共軛換熱
◆流體求解器能夠求解流體對流、傳導(dǎo)、輻射傳熱，對于固體傳熱計(jì)算，只能求解熱傳導(dǎo)方程。
問：為什么使用CHT？
◆如果只關(guān)心流體區(qū)域與固體壁面之間的傳熱，不涉及固體壁面內(nèi)的導(dǎo)熱，這僅是一個(gè)對流換熱問題，不涉及耦合換熱。
◆當(dāng)我們對流體域中含有固體材料的溫度分布感興趣時(shí)，可以使用conjugate heat transfer（CHT）進(jìn)行數(shù)值模擬。
使用GB151-2014《熱交換器》附錄C規(guī)范計(jì)算換熱器流體誘發(fā)振動情況并使用ANSYS 16.2校核固有頻率結(jié)果
流體誘發(fā)振動問題是曾在上個(gè)世紀(jì)40年代引起了廣泛的關(guān)注與深入的研究
一般來說是因?yàn)楦咚贇饬鳑_刷某結(jié)構(gòu)（如換熱器的換熱管）因誘發(fā)周期性脫離的卡門渦街引發(fā)的周期性激勵力與結(jié)構(gòu)耦合所引發(fā)的 過大的耦合效應(yīng)會使得結(jié)構(gòu)發(fā)生振動、疲勞甚至破壞失效
本文所涉及的設(shè)備為擴(kuò)展表面式管翅式熱交換器 其常規(guī)的迎面風(fēng)速為2M/S左右 一般不用校核流體誘發(fā)振動問題 本設(shè)計(jì)的迎面風(fēng)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(jīng)過校核后發(fā)現(xiàn) 原設(shè)計(jì)不合格 規(guī)范中規(guī)定的4個(gè)失效條件有3個(gè)滿足 必須更改結(jié)構(gòu) 經(jīng)修改 滿足了要求 結(jié)構(gòu)是安全的 最后還使用Ansys 16.2的模態(tài)分析模塊校核了換熱管的固有頻率 以驗(yàn)證手工計(jì)算結(jié)果
使用GB151-2014《熱交換器》附錄C規(guī)范計(jì)算換熱器流體誘發(fā)振動情況并使用ANSYS 16.2校核固有頻率結(jié)果.pdf
展開 FLUENT內(nèi)置換熱器模型應(yīng)用指導(dǎo) heat exchanger ￥28
FLUENT 換熱器模型的基本概念 4
四 . FLUENT 換熱器模型的簡單應(yīng)用 7
五. FLUENT 換熱器模型在新風(fēng)一體機(jī)冷凝器上的應(yīng)用 1 0
六. 附錄 13
文檔名稱:
FLUENT 內(nèi)置換熱器模型應(yīng)用指導(dǎo)
頁數(shù): 第 4 頁 共 13 頁
摘 要：
本指導(dǎo)書介紹了FLUENT 換熱器模型 (Heat Exchanger) 的基本分類和它們的應(yīng)用限制。通過一個(gè) 簡單的例子說明了換熱器模型應(yīng)用的基本流程。而實(shí)際情況下，換熱器模型復(fù)雜，FLUENT 自帶的換 熱器模型已經(jīng)滿足不了我們的實(shí)際需求。因此通過閱讀大量文獻(xiàn)，找到相應(yīng)的傳熱關(guān)聯(lián)式，講解了有 相變換熱器計(jì)算的基本流程。最后通過 UDF，模擬了新風(fēng)一體機(jī)的冷凝器。計(jì)算結(jié)果和用 CoilDesigner 模擬的結(jié)果一致性較好。
關(guān)鍵詞：
CFD 換熱器 效能-傳熱單元數(shù)法
縮略詞解釋
CFD： HTC： ε-NTU：
UDF： SEM:
計(jì)算流體力學(xué)
傳熱系數(shù)
效能-傳熱單元數(shù)
用戶自定義程序
simple-effectiveness-model
一. 基本介紹
在以往對空調(diào)機(jī)組進(jìn)行 CFD 計(jì)算的時(shí)候，僅僅計(jì)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(tài)，銅管各個(gè)地方的換熱能力不一樣，這就增加了計(jì)算溫度場的難度。
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(nèi)的流體流動和傳熱問題的設(shè)置和求解。計(jì)算域包含殼體（流體域）、管道（固體域）以及管道內(nèi)流體區(qū)域（流體域）三部分組成。
1 啟動Workbench并建立分析項(xiàng)目
（1）在Windows系統(tǒng)下執(zhí)行“開始”→“所有程序”→ANSYS 19.2→Workbench命令，啟動Workbench 19.2，進(jìn)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(xiàng)，即可在項(xiàng)目管理區(qū)創(chuàng)建分析項(xiàng)目A。
2 導(dǎo)入幾何體
（1）在A2欄的Geometry上單擊鼠標(biāo)右鍵，在彈出的快捷菜單中選擇Import Geometry→Browse命令，此時(shí)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(dǎo)入leak.agdb幾何體文件。
3 劃分網(wǎng)格
（1）雙擊A3欄Mesh項(xiàng)，進(jìn)入Meshing界面，在該界面下進(jìn)行模型的網(wǎng)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(rèn)。
（3）同步驟（2）創(chuàng)建殼體出口，命名為Hot-outlet。
（4）同步驟（2）創(chuàng)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(nèi)部管道固體域和流體域，分別命名為Tube-solid，Tube-fluid。
展開 「CFD案例-Fluent」20 板式換熱器
本案例在ANSYS2019R3中演示了如何利用Fluent進(jìn)行板式換熱器CFD仿真。首先于SpaceClaim中建立幾何模型，并進(jìn)行命名邊界條件，接著導(dǎo)入Fluent Meshing進(jìn)行網(wǎng)格劃分，然后利用Fluent進(jìn)行求解，最后在CFD-POST中進(jìn)行后處理。案例基于3D、穩(wěn)態(tài)求解。
Fluent隱射式冷熱水混合換熱器的數(shù)值模擬 ￥10
1、問題描述：隱射式冷熱水混合換熱器中，冷水自左側(cè)管道入口流入，經(jīng)漸縮管道后，加速通過，同時(shí)壓強(qiáng)降低。在管道喉部產(chǎn)生真空度，將熱水管道中的熱水吸入主管道，冷熱水混合后，經(jīng)右側(cè)管道流出。
2、模型建立如下：
3、網(wǎng)格劃分結(jié)果如下：
4、部分計(jì)算結(jié)果如下：
Z=0平面上的壓力云圖
Z=0平面上的總壓
X=-0.01、-0.005、0、0.005、0.01處的壓力分布
付費(fèi)部分有詳細(xì)操作教程及結(jié)果分析
展開 FLUENT精典案例#320-管殼式換熱器仿真 ￥200
FLUENT精典案例#320-管殼式換熱器仿真
案例介紹
如下圖所示的管殼式換熱器，條件為：管程，冷水，20度，0.05ms；殼程，熱空氣，80度，0.1ms。不考慮外殼與外界的換熱，且未考慮管壁的厚度。
網(wǎng)格情況
使用ICEM非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格。
Ansys Fluent TUI系列教程實(shí)例2-排氣歧管流動和換熱 ￥58
</p><p>b、功能函數(shù)</p><p>優(yōu)點(diǎn):Fluent內(nèi)置可以直接使用；</p><p>缺點(diǎn):需要熟悉scheme語言，參數(shù)相對復(fù)雜。 例如:要在自由面列表上創(chuàng)建平面來封堵小孔</p><p>(tgapi-boundary-fill-planar-holes-using-free-faces '(6 53 4) (list'(-10 5 5) '(0 5 5) '(0 -5 5)) 0.001 #t)</p><p>c、調(diào)用API庫函數(shù)</p><p>優(yōu)點(diǎn):功能強(qiáng)大，可以完成所有操作；</p><p>缺點(diǎn):需要熟悉scheme語言或python語言，難度較大</p><p>例如:打開網(wǎng)格劃分流程，類型為水密幾何</p><p>對于Fluent2022R2之前的版本，通過scheme調(diào)用python命令；</p><p>(%ру-ехес "workflow.InitializeWorkflow (WorkflowType=r' Watertight Geometry')")</p><p>對于Fluent202R2之后的版本，使用PyFluent控制臺：</p><p>workflow.
展開 
ANSYS教學(xué)視頻| Mapping技術(shù)助力Fluent輕松解決Underhood共軛換熱問題
視頻內(nèi)容：
發(fā)動機(jī)艙內(nèi)大量的復(fù)雜結(jié)構(gòu)件給工程師進(jìn)行熱管理仿真帶來了很大的挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)的基于流體-結(jié)構(gòu)網(wǎng)格共節(jié)點(diǎn)的求解方式存在網(wǎng)格生成難度大，網(wǎng)格量不容易控制等問題，本視頻介紹了基于FLUENT最新的Mapping技術(shù)，工程師可以分別生成結(jié)構(gòu)網(wǎng)格及流體網(wǎng)格，僅通過指定界面Mapping關(guān)系即可完成復(fù)雜結(jié)構(gòu)的共軛換熱分析，大大提高了發(fā)動機(jī)艙及整車熱管理分析的效率。
建議在wifi環(huán)境下觀看
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FLUENT基礎(chǔ)案例#359-簡易板式換熱器仿真（不考慮壁厚）
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FLUENT基礎(chǔ)案例#359-簡易板式換熱器仿真（不考慮壁厚）
01
案例介紹
如下圖所示的冷熱水換熱器（SpaceClaim模型），換熱板部分共十層，每五層（間隔）連通。長管一端進(jìn)80℃熱水，短管一端進(jìn)10℃冷水，另兩端均出水。
本例SpaceClaim模型關(guān)鍵提示：需要在不同的域之間設(shè)置共享拓?fù)?，否則無法設(shè)置傳熱耦合面。
相關(guān)操作可以參考本公眾號之前的推送《三維網(wǎng)格劃分中無厚度面的處理（三）》
02
網(wǎng)格情況
ANSYS MESH網(wǎng)格（FLUENT檢測質(zhì)量不低于0.7），如下圖。
03
仿真基本設(shè)置
1、穩(wěn)態(tài)計(jì)算
2、標(biāo)準(zhǔn)k-ε湍流模型
3、流體介質(zhì)設(shè)置
4、打開能量方程
5、冷水入口速度、溫度
6、熱水入口速度、溫度
7、初始化并計(jì)算，殘差曲線如下
04
基本結(jié)果
05
使用軟件及視頻情況
1、使用ANSYS WORKBENCH19.2制作案例：SpaceClaim建模；ANSYS MESH網(wǎng)格；FLUENT仿真；POST云圖成圖。
2、以上過程均有高清視頻，總時(shí)長約40分鐘，可在平臺購買。
展開 換熱器流固熱耦合計(jì)算，四面體網(wǎng)格多面體網(wǎng)格分開畫好后組裝再進(jìn)行計(jì)算設(shè)置(含fluent計(jì)算設(shè)置視頻) ￥30
外部氣流和內(nèi)部水流
組裝后的網(wǎng)格
FLUENT仿真經(jīng)典案例#404-U形地埋管（地源熱泵）換熱仿真 ￥6
FLUENT仿真經(jīng)典案例#404-U形地埋管（地源熱泵）換熱仿真
01
模型圖
02
仿真工況
入口條件：流體速度0.6m/s，velocity inlet，水溫36℃，直徑26mm。
土壤原始溫度為：即初始溫度16℃（FLUENT中可使用Patch）。
計(jì)算域外圍和底部設(shè)為初溫16℃，計(jì)算域頂部設(shè)為絕熱邊界。
03
網(wǎng)格圖
使用ANSYS MESH制作混合網(wǎng)格（六面體、三棱柱和四面體）。其實(shí)為有效降低網(wǎng)格縱橫比，可以考慮整體均使用棱柱網(wǎng)格。
04
仿真基本設(shè)置
1 瞬態(tài)計(jì)算，并考慮重力影響。
2 使用標(biāo)準(zhǔn)KE湍流模型。
3 打開能量方程。
4 為不同區(qū)域創(chuàng)建不同材質(zhì)。
主要是創(chuàng)建管道、土壤和回填層的材質(zhì)。
5 將不同材質(zhì)分別賦給不同的域。
6 設(shè)置入口速度和溫度條件。
0.6m/s和36℃。
7 設(shè)置出口條件
根據(jù)實(shí)際選擇使用OUTFLOW。
或壓力出口條件，出口回流溫度16℃。
8 設(shè)置壁面條件
其中上表面可設(shè)置為外界（空氣）溫度，底面和側(cè)面可設(shè)置為土壤溫度。此例中都使用的是16℃（僅作為演示，不一定合適）。
9 可根據(jù)實(shí)際需要設(shè)置對某些位置的溫度監(jiān)測。
10 初始化并賦初溫。
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