Fluent換熱模型的案例
FLUENT內置換熱器模型應用指導 heat exchanger ￥28
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。不過總得來說工作量很大和繁瑣，并不 推薦這樣的方式，用商業軟件 CoilDesigner 和 EVAP-COND 可以完全替代。
三. FLUENT換熱器模型的基本概念
1 、 FLUENT計算換熱器的基本思路
FLUENT計算換熱器的基本思路就是把每跟銅管分成若干份，比如10份。然后根據制冷劑入口的狀 態 (溫度、壓力、干度、流量等) 逐份計算每跟銅管的換熱情況。上一份銅管的出口狀態作為下一份 銅管的入口狀態。
2 、FLUENT換熱器模型的分類
FLUENT共分ungrouped macro 、grouped macro和dual cell三種模型。其中dual cell模型是在FLUENT 的新版本中才出現。
2. 1 、ungrouped macro模型
文檔名稱:
FLUENT 內置換熱器模型應用指導
頁數: 第 5 頁 共 13 頁
Ungrouped macro模型通常用在銅管布置較簡單的換熱器中，比如單排盤管。
2.2 、grouped macro模型
Grouped macro模型則大大擴展了FLUENT的應用范圍，適用于多排盤管的計算。我們設計的換熱 器基本都要用到這個模型。
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?；荛L34mm，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
?本篇章簡要介紹了關于共軛換熱以及其簡易案例；
?篇尾分享中文件包括本篇采用的共節點的*.msh格式模型文件以及一篇網絡文檔，該文檔也是講解的水管共軛散熱案例，包括建模和前處理部分都有，但是他采用的模型中流體域與固體域并沒有共節點，而是選擇采用Interface進行數據交互；
?可能存在理解不足，歡迎指正交流！
FLUENT管殼式換熱器流動模擬
（7）右鍵單擊模型樹中Mesh選項，選擇快捷菜單中的Generate Mesh選項，開始生成網格。
（8）網格劃分完成以后，單擊模型樹中Mesh項可以在圖形窗口中查看網格。
（9）執行主菜單File→Close Meshing命令，退出網格劃分界面，返回到Workbench主界面。
（10）右鍵單擊Workbench界面中A3 Mesh項，選擇快捷菜單中的Update項，完成網格數據往Fluent分析模塊中的傳遞。
4 定義模型
（1）雙擊A4欄Setup項，打開Fluent Launcher對話框，單擊OK按鈕進入FLUENT界面。
（2）單擊命令結構樹中General按鈕，彈出General（總體模型設定）面板。在SolverTime中選擇Transient，勾選Gravity，在Z中填入-9.81m/s2。
（3）在模型設定面板Models中雙擊Energy按鈕，彈出Energy（能量模型）對話框，勾選Energy Equation，單擊OK按鈕確認并關閉對話框。
（4）在模型設定面板Models中雙擊Viscous按鈕，彈出Viscous Model（湍流模型）對話框，在Model中選擇Realizable k-epsilon(2eqn)，在Near-Wall Treatment中選擇Scalable Wall Functions，單擊OK按鈕確認并關閉對話框。
5 設置材料
（1）單擊主菜單中Setting Up Physics→Materials→Create/Edit，彈出Create/Edit Materials（材料）對話框。
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
</span></p><p>（2）、<span style="color: rgb(25, 25, 25);">下載GUI資源到“GUI”子文件夾</span></p><p><span style="color: rgb(25, 25, 25);"> 將Exhaust_Manifold_GUI.zip壓縮包(連接見下，免費)下載到“GUI” 子文件夾，解壓后有2個文件，分別是Exhaust_Manifold_GUI.pdf(操作步驟，軟件自帶的英文教程)和manifold.scdoc(模型文件)。</span></p><p> （3）、<span style="color: rgb(25, 25, 25);">下載TUI資源到“TUI”子文件夾</span></p><p><span style="color: rgb(25, 25, 25);"> 將Exhaust_Manifold_TUI.zip壓縮包(連接見下，收費)下載到“TUI” 子文件夾，解壓后有3個文件，分別是manifold.scdoc(模型文件)、Exhaust_Manifold.bat（啟動fluent軟件并運行腳本）、Exhaust_Manifold.jou（日志文件，即腳本文件，對TUI命令的逐行以“；”開頭）。</span></p><p><span style="color: rgb(25, 25, 25);">（4）、GUI操作</span></p><p> 先完成GUI操作，以便對網格劃分、模型設置、求解和后處理有大致了解，也方便與TUI操作進行對比。
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
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。
展開 FLUENT精典案例#305-單孔雙U型地埋管換熱仿真
FLUENT精典案例#305-單孔雙U型地埋管換熱仿真
01案例介紹
如下圖所示U型地埋管（地埋管換熱器采用單孔雙U管）。地埋管地下溫度17.9攝氏度，埋管采用單孔雙U管，鉆孔孔徑D150mm，鉆孔有效深度120m。
夏季供回水：35、30攝氏度，運行860小時。
02網格情況GAMBIT2.4混合網格（絕大部分區域為結構網格，如下前2張圖；管底小范圍區域非結構網格，如下第3張圖）。后續會考慮制作并錄制ICEM、ANSYS MESH或FLUENT MESHING版（要時間，暫未安排好）。
提示：做好地埋管仿真，網格是關鍵！
03
仿真基本設置
1、瞬態計算且考慮重力
2、打開能量方程
3、選擇標準k-ε湍流模型
4、定義幾種材料
此處僅截圖材料名稱，定義材料的過程可百度。定義的材料包括流體介質水，回填混凝土材料屬性，管道材料和土壤材料。
5、將幾種材料分別賦予給不同的域
6、設置入口速度和溫度
7、設置出口條件
8、設置外圍土壤邊界條件
9、其它未設置的邊界要么不考慮換熱，要么是耦合面。
10、殘差曲線
04
基本結果
1、部分溫度云圖展示
上面這張圖很像一只小豬鼻子，挺可愛的，有沒有！
2、部分監測點溫度變化曲線
3、出口溫度變化曲線
展開 「CFD案例-Fluent」23 固體圓柱自然對流換熱二維瞬態分析
本案例在ANSYS2019R3中演示了如何利用Fluent進行固體圓柱自然對流換熱二維瞬態CFD仿真。首先于DesignModeler中建立幾何模型，接著導入ANSYS Mesh進行網格劃分，并進行命名邊界條件，然后利用Fluent進行求解，最后在CFD-POST中進行后處理。案例基于2D、瞬態求解。
一
案例模型
二
Workbench設置
▼ 將Fluid Flow(Fluent)拖入右邊空白界面。
▼ 以DesignModeler方式打開Geometry。
模型建立完畢，轉入ANSYS Mesh，網格劃分。
三
Fluent設置
▼ 打開Fluent登錄界面進行設置。
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