換熱模型
關(guān)注創(chuàng)建者：匿名 創(chuàng)建時間：2023-05-06
換熱模型的視頻教程
多孔介質(zhì)非熱平衡模型換熱問題的探究
主題：多孔介質(zhì)非熱平衡模型換熱問題的探究 問題所在：在使用fluent內(nèi)置多孔介質(zhì)非熱平衡模型時，多孔介質(zhì)域與殼體間涉及的面無耦合設(shè)置，即熱量無法傳遞到殼體。同樣，當(dāng)外界存在換熱時也無法對多孔介質(zhì)內(nèi)部流體域及多孔介質(zhì)域溫度場產(chǎn)生影響。
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#359-ANSYS FLUENT板式換熱器全過程仿真案例有聲講解視頻教程
本案例針對介紹視頻（第一節(jié)試看視頻）中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。 1、使用ANSYS WORKBENCH19.2制作案例：SpaceClaim建模；ANSYS MESH網(wǎng)格（FLUENT檢測質(zhì)量不低于0.7）；FLUENT仿真；POST云圖成圖。
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換熱模型的實例教程
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 簡單的例子說明了換熱器模型應(yīng)用的基本流程。而實際情況下，換熱器模型復(fù)雜，F(xiàn)LUENT 自帶的換 熱器模型已經(jīng)滿足不了我們的實際需求。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(tài)，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。
展開 緊湊式換熱器具有尺寸小、效率高的特點(diǎn)，在暖通空調(diào)、核電和電子設(shè)備等眾多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。為了不斷提高其傳熱效率，并減少裝置中的壓降，人們通過大量研究探索了諸如在設(shè)計中增加變形壁等創(chuàng)新概念。借助 COMSOL Multiphysics? 軟件，您可以在設(shè)計進(jìn)程中對各式動態(tài)壁換熱器進(jìn)行評估。
利用動態(tài)壁改進(jìn)緊湊式換熱器
與其他換熱器相比，緊湊式換熱器單位體積的傳熱面積要大得多，這通常歸功于密集的板片或換熱管陣列。這一特點(diǎn)使得它比傳統(tǒng)的換熱器重量更輕、結(jié)構(gòu)更緊湊。不過，體型較小的換熱器存在一個缺陷——即壓降較高，這一缺點(diǎn)會限制流體的流動速度與換熱器的傳熱量。
板框式換熱器的示意圖，這是一種常見的緊湊式換熱器。
研究人員探究了一個問題：是否可以使用動態(tài)壁來改善緊湊式換熱器的性能？在動態(tài)壁變形時，所產(chǎn)生的振動有利于流體混合并減小熱邊界層的厚度，從而使換熱器能夠傳遞更多熱量。此外，振蕩可產(chǎn)生類似于蠕動泵的泵送效果。這就減少了換熱器的壓力損失，提高了換熱器的效率。
振蕩也許是提高緊湊式換熱器性能的有效方法。為了測試這一想法，我們可以使用 COMSOL Multiphysics 輕松地創(chuàng)建與檢驗動態(tài)壁換熱器的模型……
COMSOL Multiphysics? 中的換熱器流-固耦合（FSI）建模
首先，我們模擬了沒有動態(tài)壁的靜態(tài)換熱器，便于比較換熱器的兩種不同設(shè)計。
靜態(tài)換熱器的模型幾何包括頂壁、底壁和通道。流體（此例中為水）流經(jīng)通道，由于底壁被施加了熱通量，因此流體溫度平穩(wěn)升高。我們將壁的傳熱速率設(shè)定為 125 W。出口處的探頭決定了水離開換熱器時的溫度和質(zhì)量流率。
靜態(tài)換熱器的幾何結(jié)構(gòu)。
展開 仿真模型
導(dǎo)語
據(jù)悉，為研究鋰離子電池熱特性機(jī)理，針對電池表面自然對流換熱系數(shù)展開研究，通過實驗得到了電池基本生熱參數(shù)并以此建立了單體鋰離子電池生熱模型，仿真分析了恒溫條件下不同放電電流的表面自然對流換熱系數(shù)。
鋰離子電池因其高比能量特性而被廣泛應(yīng)用于電動乘用車輛，其使用壽命受到自放電率、溫度等因素的制約。
研究發(fā)現(xiàn)，鋰離子電池舒適溫度需要控制在20~35 ℃之間，溫度過高時，其不可逆反應(yīng)加劇容易產(chǎn)生自放電、熱失控等安全事故；溫度過低，則會使其容量和功率發(fā)生明顯下降。
因此，為了改善電動汽車單電池及電池成組后的安全性能，需建立較精確熱仿真模型，以此來預(yù)測動力鋰離子電池內(nèi)部溫度分布狀況及熱傳遞過程，從而精確分析出鋰離子電池熱失控因素。
01
導(dǎo)讀
目前，國內(nèi)外均針對鋰離子電池熱模型和熱行為進(jìn)行了相關(guān)研究。早期美國D.Bernardi等[1]通過研究電池溫度特性提出了電池生熱率模型，之后通過研究人員的不斷發(fā)展研究，鋰離子電池熱模型已經(jīng)呈現(xiàn)多維度趨勢發(fā)展；
Chen等[2]通過研究電池三維分層電化學(xué)-熱耦合模型仿真驗證了單體電池和成組電池包溫度分布的真實性；Lopez等[3]通過熱濫用模型實驗驗證了圓柱電池熱響應(yīng)能力比棱柱電池??；Chacko等[4]將電-熱模型應(yīng)用到恒流勻速和變電流工況中，研究發(fā)現(xiàn)變電流對電池溫升影響較高。
本文在前人研究基礎(chǔ)上，突破傳統(tǒng)仿真中將對流換熱系數(shù)、電壓溫度系數(shù)設(shè)定為常數(shù)，通過變化的電壓溫度系數(shù)來估算對流換熱系數(shù)，以此來達(dá)到更高的溫度仿真精度。
展開 首先是流動，fluent提供了非常豐富的流動模型，不僅可以模擬層流，同樣還可以模擬湍流，其中湍流提供了很多的模擬，比如著名的k-ε模型、Spalart-Allmaras 模型、k-ω模型、雷諾應(yīng)力模型（RSM）、大渦模擬模型（LES）等。模型的選擇和工況有關(guān)，當(dāng)模型選擇不合適的時候，計算結(jié)果可能不那么精確。
其次是傳熱，fluent模擬傳熱時，只需要將能量方程選項打開，就能夠模擬熱傳導(dǎo)的熱對流了。但是如果想要模擬熱輻射，則需要單獨(dú)打開輻射換熱模型。輻射換熱也分了很多種類，在此不細(xì)說了。總是涉及到換熱和流動的，fluent基本都能夠模擬。同時fluent還專門提供了換熱器模型，當(dāng)你需要對換熱器進(jìn)行模擬時，可以打開這個模型
fluent還可以模擬多相流，fluent提供了比較多的多相流模型，比如VOF模型（適用于分層流、自由面流動、晃動、大氣泡流動、噴射衰竭表面張力預(yù)測等等）、混合模型（適用于氣泡流、粒子負(fù)載流、沉降及旋風(fēng)分離器）、歐拉多相流是比較復(fù)雜的流動（適用于顆粒懸浮、流化床等）。
fluent還提供了離散型模型，用于模擬顆粒的流動，主要有DPM模型（稀疏的顆粒流動）、DDPM模型（稠密的顆粒流動）、PBM模型（使用歐拉方法求解顆粒流動）
傳質(zhì)問題，fluent可以使用不同的方法模擬蒸發(fā)、冷凝、凝固、融化，自帶的求解器也能夠解決這樣的問題。
同時fluent組分輸運(yùn)模型可以用來模擬化學(xué)反應(yīng)，主要用于模擬燃燒過程
fluent能夠求解電勢方程，模擬電鍍、腐蝕、流體電池等問題，還可以模擬靜電除塵問題。
展開 建立換熱模型如下：
傳熱結(jié)果如下：
整體傳熱云圖
環(huán)梁傳熱云圖
壓縮空氣進(jìn)出口的溫度變化為：
說明：
壓縮空氣進(jìn)口為直徑100mm的圓，進(jìn)口速度8m/s，溫度300k，常壓。
換熱模型的相關(guān)專題、標(biāo)簽、搜索
換熱模型的最新內(nèi)容
軟件支持單相與多相流機(jī)械潤滑仿真，結(jié)合 Level-set 或 VOF 模型與共軛換熱模型，可模擬泵閥系統(tǒng)、旋轉(zhuǎn)機(jī)械等部件的潤滑過程，分析潤滑油膜分布、壓力場與溫度場，為機(jī)械部件磨損控制、壽命延長提供仿真支持。
子模型僅支持純導(dǎo)熱計算，邊界區(qū)域為原模型換熱邊界，既能提高計算效率，又能對關(guān)鍵區(qū)域進(jìn)行精準(zhǔn)分析。
HyperMesh CFD設(shè)置虛擬風(fēng)扇
如下圖所示的簡化風(fēng)道模型，上游無換熱器的情況下，空氣流量接近理論最大流量；上游增加換熱器模型后，流量減少。
虛擬風(fēng)扇模型計算HVAC風(fēng)量
下圖所示汽車空調(diào)實驗狀態(tài)下，開到大風(fēng)量，人耳處的聲壓級SPL曲線。小于1000Hz噪聲的主要貢獻(xiàn)來自管路系統(tǒng)和聲腔模態(tài)，1000Hz以上的峰值來自葉輪的BPF，其貢獻(xiàn)量被寬頻噪聲所掩蓋。
可以看出，作為一款國產(chǎn)仿真軟件，PERA SIM Fluid支持耦合換熱方面的計算，能幫助分析封裝級流動換熱問題。從模型修復(fù)、網(wǎng)格劃分、材料定義到分析求解和結(jié)果后處理，功能完善，計算分析流程完整。
作者：安世亞太工程師 鄭哲輝
在整個回路會涉及到制冷器與空氣的換熱，制冷劑與電池冷卻回路換熱，AVL CRUISE M中換熱器模型方便搭建此換熱模型，并基于VLE calibration自動標(biāo)定工具自動標(biāo)定蒸發(fā)器或者冷凝器的換熱量。
除此之外，還需搭建乘客艙模型，模擬與空調(diào)系統(tǒng)耦合，對整個降溫采暖，混風(fēng)控制，鼓風(fēng)機(jī)風(fēng)量進(jìn)行模擬。
以下是流固共軛換熱幾何模型，外部是固體域，內(nèi)部為流體域。冷媒物性參數(shù)及輸入條件如下所示。
流固共軛換熱幾何模型
以下是關(guān)于固體熱源和相變的VirtualFlow設(shè)置。
承受異常/惡劣的條件
換熱器的分析與設(shè)計過程：流體的熱分析
（1）分析和設(shè)計：
－ 計算/設(shè)計 熱/冷 出口的溫度
－ 計算/設(shè)計 熱/冷 質(zhì)量流速
－ 計算/設(shè)計 熱/冷 傳熱面積
（2）優(yōu)化：
－ 傳熱速率最大
－ 壓降最小
－ 減少溫度的分層（增加均勻性）
－ 形狀優(yōu)化改善流動的均勻性
－ 成本效率
分析方法
（1）降階的換熱器模型
換熱器一側(cè)緊貼柜門，上布兩個鼓風(fēng)機(jī)，通過擋板設(shè)置流道，實現(xiàn)內(nèi)外部空氣的對流；換熱器在模型中的位置結(jié)構(gòu)如下圖紅色區(qū)域所示：
方案3：如下圖所示，在方案2（左）的基礎(chǔ)上，方案3（右）將風(fēng)扇更加靠近工作模組。
方案4：在方案2 的基礎(chǔ)上，在機(jī)柜頂部增加隔熱泡棉，如下圖紅色位置所示。
“芯片雙熱阻封裝的簡單強(qiáng)制對流換熱問題”仿真分析
1、模擬條件
本算例中建立了包括 1 個機(jī)箱、1 個 PCB 板、1 個雙熱阻封裝、1 個軸流風(fēng)扇、1 個散熱器的簡單強(qiáng)迫對流換熱模型，目的在于雙熱阻封裝模塊的應(yīng)用，便于熟悉雙熱阻封裝模塊的設(shè)置。穩(wěn)態(tài)計算，不考慮輻射。軸流風(fēng)扇固定流量為 2CFM，垂直出風(fēng)。
“芯片雙熱阻封裝的簡單強(qiáng)制對流換熱問題”仿真分析
1.模擬條件
本算例中建立了包括 1 個機(jī)箱、1 個 PCB 板、1 個雙熱阻封裝、1 個軸流風(fēng)扇、1 個散熱器的簡單強(qiáng)迫對流換熱模型，目的在于雙熱阻封裝模塊的應(yīng)用，便于熟悉雙熱阻封裝模塊的設(shè)置。穩(wěn)態(tài)計算，不考慮輻射。軸流風(fēng)扇固定流量為 2CFM，垂直出風(fēng)。
