Fluent換熱模擬的案例
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 Fluent隱射式冷熱水混合換熱器的數值模擬 ￥10
1、問題描述：隱射式冷熱水混合換熱器中，冷水自左側管道入口流入，經漸縮管道后，加速通過，同時壓強降低。在管道喉部產生真空度，將熱水管道中的熱水吸入主管道，冷熱水混合后，經右側管道流出。
2、模型建立如下：
3、網格劃分結果如下：
4、部分計算結果如下：
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
付費部分有詳細操作教程及結果分析
展開 Fluent實用案例 | 螺旋翅片管式換熱器換熱仿真
<p>本案例利用Fluent能量方程對螺旋翅片管式換熱器展開了數值仿真計算。該案例所用模型為假設模型，僅作計算設置參考，所進行的設置十分簡單。通過此案例后續可以對進一步通過參數化建模，對不同流速、基管尺寸、翅片半徑等參數進行設置，實現多工況的仿真計算，從而達到多目標優化的目的。</p><p><strong>1 workbench 設置</strong></p><p>本案例具體設置如下圖 ：</p><p class="ql-align-center"><img src="https://img.jishulink.com/msimage/202508/a73d4f107f58f883f2fc0a0da08f2be6.jpg"></p><p><strong>2 SCDM 設置</strong></p><p><strong>2.1 導入幾何</strong></p><p>整體幾何結構如下圖:中間為換熱器，外部為空氣域。基管長34mm，前后各留1mm間隔，翅片厚度為1mm，x方向壁面分別為進出口。z方向壁面設置為wall2，y方向壁面設置為wall1，對幾何結構進行共享拓撲處理。換熱器外表面命名為pipe，內表面命名為wall-</p><p>hot。</p><p class="ql-align-center"><img src="https://img.jishulink.com/msimage/202508/989b58b5d3ceb34064e2c27613527b7f.png"></p><p><br></p><p><strong>3 Fluent Meshing 設置</strong></p><p><strong>3.1 網格設置</strong></p><p>采用 Fluent meshing 進行網格劃分，背景網格與前景網格皆采用六面體網格劃分，并劃分相對應的邊界層網格。
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 
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、輻射傳熱，對于固體傳熱計算，只能求解熱傳導方程。
問：為什么使用CHT？
◆如果只關心流體區域與固體壁面之間的傳熱，不涉及固體壁面內的導熱，這僅是一個對流換熱問題，不涉及耦合換熱。
◆當我們對流體域中含有固體材料的溫度分布感興趣時，可以使用conjugate heat transfer（CHT）進行數值模擬。
FLUENT內置換熱器模型應用指導 heat exchanger ￥28
這個地方的NTU僅僅代表FLUENT算換熱器的一種方法。
SEM和NTU方法有它們各自的應用局限性。和我們關系最大的就是SEM由于提供了一個UDF接口，使 得我們可以通過自己編寫程序模擬有相變的計算，而NTU則幾乎無法實現。
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
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
「CFD案例-Fluent」20 板式換熱器
本案例在ANSYS2019R3中演示了如何利用Fluent進行板式換熱器CFD仿真。首先于SpaceClaim中建立幾何模型，并進行命名邊界條件，接著導入Fluent Meshing進行網格劃分，然后利用Fluent進行求解，最后在CFD-POST中進行后處理。案例基于3D、穩態求解。
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。
網格情況
使用ICEM非結構網格。
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)。
展開 ANSYS教學視頻| Mapping技術助力Fluent輕松解決Underhood共軛換熱問題
視頻內容：
發動機艙內大量的復雜結構件給工程師進行熱管理仿真帶來了很大的挑戰，傳統的基于流體-結構網格共節點的求解方式存在網格生成難度大，網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，工程師可以分別生成結構網格及流體網格，僅通過指定界面Mapping關系即可完成復雜結構的共軛換熱分析，大大提高了發動機艙及整車熱管理分析的效率。
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FLUENT基礎案例#359-簡易板式換熱器仿真（不考慮壁厚）
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FLUENT基礎案例#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80℃熱水，短管一端進10℃冷水，另兩端均出水。
本例SpaceClaim模型關鍵提示：需要在不同的域之間設置共享拓撲，否則無法設置傳熱耦合面。
相關操作可以參考本公眾號之前的推送《三維網格劃分中無厚度面的處理（三）》
02
網格情況
ANSYS MESH網格（FLUENT檢測質量不低于0.7），如下圖。
03
仿真基本設置
1、穩態計算
2、標準k-ε湍流模型
3、流體介質設置
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、初始化并計算，殘差曲線如下
04
基本結果
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網格；FLUENT仿真；POST云圖成圖。
2、以上過程均有高清視頻，總時長約40分鐘，可在平臺購買。
展開 換熱器流固熱耦合計算，四面體網格多面體網格分開畫好后組裝再進行計算設置(含fluent計算設置視頻) ￥30
外部氣流和內部水流
組裝后的網格
水泥窯頭冷卻器換熱管流場均勻性模擬 ￥15
項目簡介
某為水泥窯頭冷卻器進氣結構為異形梯形結構，進氣管道斜45°插入進氣口，且進氣管道風速較高，約24.4m/s，煙氣在進氣口內難以均勻擴散，為保證換熱效率，需保證換熱管進氣斷面煙氣分布均勻，故建立冷卻器及其進出氣管道模型，做CFD模擬如下。
建立模型
建立三維模型如下：
三維模型
計算參數及邊界設置
工況煙氣量705969m3/h，工況溫度450℃。
選用標準k~e湍流模型，采用有限體積法離散求解域，對流項選用一階迎風離散格式，采用壓力速度耦合SIMPLE算法對離散方程進行求解。假定流體是不可壓縮的，作定常流動，整個模擬過程為等溫過程，不考慮傳熱。
冷卻器進口采用速度入口邊界條件，需要計算其湍流參數，包括湍流強度I和水力直徑d，出口采用壓力出口，殼體及導流板等視為絕熱壁面，對于壁面的邊界層區域采用標準壁面函數。
結果及分析
4.1原始狀態
原設計結構下，冷卻器的模擬運行狀態如下：
速度流線圖
換熱管進口向上100mm斷面速度云圖及均勻性判定
不考慮傳熱，氣體熱脹冷縮的情況下，原結構冷卻器的運行阻力如下：
原設計結構下，煙氣順管道斜45°進入進氣口，管道風速大且煙氣在進氣口內擴散距離較短，導致進氣口內的煙氣分布極不均勻，換熱管進口斷面的最大風速達約24.1m/s，并且進入換熱管煙氣的速度方向與豎直方向夾角較大，換熱管內煙氣速度平均達約18m/s，長期運行極易磨破換熱管及其耐磨襯套，原結構冷卻器的運行阻力約835Pa。
4.2添加均流裝置
展開 FLUENT仿真經典案例#404-U形地埋管（地源熱泵）換熱仿真 ￥6
FLUENT仿真經典案例#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）。
計算域外圍和底部設為初溫16℃，計算域頂部設為絕熱邊界。
03
網格圖
使用ANSYS MESH制作混合網格（六面體、三棱柱和四面體）。其實為有效降低網格縱橫比，可以考慮整體均使用棱柱網格。
04
仿真基本設置
1 瞬態計算，并考慮重力影響。
2 使用標準KE湍流模型。
3 打開能量方程。
4 為不同區域創建不同材質。
主要是創建管道、土壤和回填層的材質。
5 將不同材質分別賦給不同的域。
6 設置入口速度和溫度條件。
0.6m/s和36℃。
7 設置出口條件
根據實際選擇使用OUTFLOW。
或壓力出口條件，出口回流溫度16℃。
8 設置壁面條件
其中上表面可設置為外界（空氣）溫度，底面和側面可設置為土壤溫度。此例中都使用的是16℃（僅作為演示，不一定合適）。
9 可根據實際需要設置對某些位置的溫度監測。
10 初始化并賦初溫。
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