換熱分析
關注創建者：天洑軟件 創建時間：2023-11-07
換熱分析的視頻教程
【ANSYS Discovery案例】換熱翅片選型之流場分析
本視頻分析的是一個空調翅片的熱分析和外流分析，利用SpaceClaim直接建模，針對換熱翅片單元不同陣列的分析，利用DiscoveryLive強大的實時仿真技術，快速得到結構的流場速度分布，然后改變散熱翅片單元的陣列結構，可迅速觀察改變幾何結構前后，流場的變化情況。通過Discovery增加了設計人員對流場的認識，幫助快速選型。
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Fluent工程案例27講 ：實操流動、換熱、旋轉機械、多相流、組分輸運、動網格和UDF分析
① 掌握fluent在基礎流動、換熱、旋轉機械、多相流、組分輸運、動網格和UDF等多個方向的仿真流程和知識點； ② 掌握Fluent軟件中多個中高級物理模型的概念和仿真方法 ③ 對多種工程案例進行學習，掌握fluent在各個學科中的知識點與仿真難點； ④ 學習復雜Fluent問題在實際仿真中的工作步驟及對策； ⑤ 提供所有案例源文件聯系和訂閱用戶交流服務，后續可以根據用戶需求加餐內容
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換熱分析的實例教程
H型翅片管亦稱為H型肋片管或蝶片管，是一種用于換熱的熱交換器元件。它通常由一根管子和許多緊密排列的翅片組成，翅片可以固定在管子上或者與管子無縫地連接在一起，H型翅片管主要用于電站鍋爐、工業鍋爐、船用或陸用柴油機組排煙廢熱回收的熱交換設備中，在石油、化工等領域也廣泛使用。
H型翅片管的傳熱效率受到多種因素的影響，如翅片形狀、尺寸、材質以及流體流動狀態等。通過進行熱分析，可以深入了解這些因素對傳熱效率的具體影響，從而找到提高傳熱效率的有效途徑。
H型翅片管換熱分析APP基于伏圖（Simdroid）多物理場仿真平臺開發，能夠幫助用戶進行詳細的翅片管參數化建模如管子外徑、翅片寬度、翅片厚度等，快速更改材料參數及熱邊界條件，并將模型網格剖分、求解設置等分析流程無代碼化封裝，實現一鍵計算輸出翅片管溫度分布云圖等結果。
H型翅片管換熱分析APP主要分析功能包括溫度場分析及熱流密度分析。H型翅片管換熱分析APP可對H型翅片管換熱效果進行分析，管內和管外均為對流換熱邊界。通過參數化建模，考察結構尺寸、材料、熱邊界等參數對翅片管換熱效果的影響。供設計與仿真人員對結構設計合理性進行評價與結構優化。
在線試用此仿真APP：https://www.simapps.com/v/191127.html
展開 工業蛇管流動換熱仿真APP封裝了換熱運行參數、蛇管形位參數、材料物性、網格控制與計算控制參數，可快速計算蛇管尺寸、蛇管形狀、布局位置、管材特性、介質特性及運行工況等改變的情況下對工業容器蛇管散熱設備溫度及冷卻通道流場的影響。工業蛇管流動換熱仿真分析APP可查看流場溫度、流場速度及管壁溫度分布等工程中所需的計算結果。
近年來，隨著工業生產的不斷發展，工業容器蛇管散熱設備的應用也越來越廣泛，但是如何設計一個高效的蛇管散熱設備卻是一個十分復雜的問題。為了解決這個問題，工業蛇管流動換熱仿真分析APP應運而生。
工業蛇管流動換熱仿真分析APP封裝了換熱運行參數、蛇管形位參數、材料物性、網格控制與計算控制參數，可以快速計算蛇管尺寸、蛇管形狀、布局位置、管材特性、介質特性及運行工況等改變的情況下對工業容器蛇管散熱設備溫度及冷卻通道流場的影響。同時，該APP還可以查看流場溫度、流場速度及管壁溫度分布等工程中所需的計算結果。
通過使用工業蛇管流動換熱仿真分析APP，可以快速地得到蛇管尺寸、蛇管形狀、布局位置、管材特性、介質特性及運行工況等改變的情況下對工業容器蛇管散熱設備溫度及冷卻通道流場的影響。這不僅可以提高蛇管散熱設備的效率，還可以節省設計時間和成本。
需要注意的是，工業蛇管流動換熱仿真分析APP只是一個輔助工具，設計師們需要根據具體情況進行修改和優化。同時，在使用APP的時候，也需要注意對數據的準確性和合理性進行評估，以免出現錯誤的設計方案。
總之，工業蛇管流動換熱仿真分析APP的出現，為工業容器蛇管散熱設備的設計提供了更加科學、高效、可靠的解決方案，也為工業生產的發展注入了新的動力。
展開 換熱管：三角形布管，管間距38㎜，外直徑25㎜，換熱管長度為5000㎜，厚度為2.5mm；共布有336根換熱管（忽略拉桿并代之以換熱管），材料為0Cr17Ni12Mo2，彈性模量E=9.371e4MPa, 泊松比μ=0.3，管板布管圖如圖3所示。
管箱筒體：內直徑為803㎜，管箱長度350㎜，計算厚度為18.5㎜，材料為0Cr17Ni12Mo2，彈性模量為E=2.078e5MPa，泊松比μ=0.3。
以上所有尺寸都是減去腐蝕余量后的尺寸，殼程材料腐蝕余量3㎜，管程材料腐蝕余量1.5㎜，換熱管不必減腐蝕余量。
三、 問題分析
建立如圖4所示的機械應力分析模型（換熱管未畫出，僅以子午面示意）。其中與管板煅件連接的殼程筒體及管程筒體的長度足夠長，遠大于2.5倍的邊緣應力衰減長度，一般而言，當不必考慮兩側管板軸向差異時，才可利用軸向對稱性建模，且殼程分析長度應為殼程總長度的一半。由于主要討論管板及其與兩端筒體連接區的應力分布規律，忽略開孔接管、管箱封頭及支座等。考慮到結構和載荷的對稱性，沿換熱器的縱向對稱面切開取其1/4作為分析模型體。結構縱向對稱面約束了法向位移，殼程筒體橫截面約束了軸向位移，箱管筒體斷面施加相應的軸向平衡力。換熱管內表面可以時間管程壓力，外表面可以施加殼程壓力，管板兩側分別施加SOLID45單元進行機械應力分析。
四、 有限元分析過程
五、 計算結果分析
應力強度云圖如圖10所示，可見最大應力發生在管板煅件的管程側過渡圓角處。其他可能出現較大應力的位置是管板煅件的殼程側過渡圓角處和管板的主體位置上，為此設定圖11所示的三條評定路徑，進行線性化處理，并給出前三條路徑的計算結果圖標1所示。
展開 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 檢驗分析
1
內窺鏡檢驗
采用內窺鏡對管束出現內漏的E106A內部進行檢查，發現該管子距管板6.2ｍ處內彎部位斷裂（正處于U形彎部位），見圖2。
觀察換熱管斷口，未發現管壁厚顯著減薄，其中一側斷面較為規則，大致與換熱管軸向呈一定夾角，近似垂直。
2
垢樣分析
打開換熱器發現，管口和管束內部附著白色結晶物。采用XRD和能譜對結晶物成分和各元素含量進行分析，圖3和表1為能譜分析結果。由圖3和表1可見，結晶物主要含有C、O、S、Cl，還含有少量的Fe和Cr。
在能譜分析確定好相應的元素含量后，采用XRD衍射分析來確定具體的物質構成，結果如圖4所示。
與標準譜圖對比分析發現，白色結晶物主要為NH4Cl。
3
換熱管的材質分析
將換熱器更換下來，從斷裂的換熱器管子上切取塊狀樣品，并依據相關標準，使用光譜儀對其材質進行化學分析。結果表明：斷裂管子材質為0Cr18Ni10Ti，其化學成分滿足GB/T20878-2007《不銹鋼和耐熱鋼牌號及化學成分》要求，各元素含量未見有超標現象（見表2）。
4
換熱管的金相分析
在斷裂的換熱器管子斷口附近切取金相樣品，經預磨、拋光、腐刻后，在顯微鏡下進行觀察分析，并使用顯微硬度計，進行硬度測試。圖5所示為換熱管縱向金相組織。
由圖5可見，金相組織為奧氏體，裂紋源在換熱管內壁，裂紋呈現樹枝狀，既有主干又有分支，屬于穿晶型腐蝕裂紋，具有典型的應力腐蝕開裂特征。樣口顯微硬度分別為
轉換成HB為183.7、192.6、212.0。一般情況下，0Cr18Ni10Ti不銹鋼管冷加工固溶處理后，硬度應小于HB185。由上述測試結果可見，該換熱器硬度不均，且局部硬度偏高。
展開 
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1137"></jsk></div><p class="ql-align-center"><strong>水平切面的瞬態溫度</strong></p><p><br></p><p><strong>7總結</strong></p><p>ultraFluidX 采用 LBM 方法分析動力艙溫度場和流場：</p><p><br></p><ul><li>快速評估換熱器性能，精確計算流經換熱器的空氣流量、溫差以及換熱效率
冷卻液進出口溫差約10℃
換熱器2功率約10.8kw
6.2 自然對流工況，風扇靜止，發動機表面高溫
垂直切面的瞬態風速
垂直切面的瞬態溫度
水平切面的瞬態溫度
7總結
ultraFluidX 采用 LBM 方法分析動力艙溫度場和流場：
快速評估換熱器性能，精確計算流經換熱器的空氣流量、溫差以及換熱效率
class="ql-align-center"><img src="https://img.jishulink.com/msimage/202508/86354b51e088d1d7e3f99da5745cd145.png"></p><p><strong>4 FLUENT 設置</strong></p><p><strong>4.1 General設置與網格導入</strong></p><p>由于本文僅分析換熱管的整體換熱性能
p><strong>ALTAIR網絡研討會計劃</strong></p><p><br></p><p>●<strong>Inspire CFD 隱式建模換熱器仿真網絡研討會</strong></p><p><strong>08月08日 丨10:00-11:30</strong></p><p>1.Inspire CFD簡介；</p><p>2.換熱器的隱式建模演示；</p><p>3.Inspire CFD換熱器熱分析演示
流體仿真技術正在各個行業深度滲透，從航空航天全機氣動布局的減阻優化，到核工業反應堆蒸汽發生器的流動換熱分析；從石油化工管道的水合物生成預測，到水利水務領域的洪水四預模擬，精準的流體計算已成為高端制造研發的核心驅動力。
H型翅片管換熱分析APP可對H型翅片管換熱效果進行分析，管內和管外均為對流換熱邊界。通過參數化建模，考察結構尺寸、材料、熱邊界等參數對翅片管換熱效果的影響。供設計與仿真人員對結構設計合理性進行評價與結構優化。
在線試用此仿真APP：https://www.simapps.com/v/191127.html
例如，在低雷諾數條件下，CFD可以用于研究鈉冷快堆燃料組件棒束的阻力特性，為自然循環冷卻過程中的換熱分析提供支持。</p><p>通風系統分析：CFD能夠模擬鈉冷快堆中屏蔽氣體氬氣及空氣的流動特性，為優化旋塞結構、保護容器設計、屏蔽體通風設計等提供支持。
立即體驗：www.simapps.com/v/174677.html
07 工業蛇管流動換熱分析仿真APP
蛇形管換熱器按其結構形狀可分為沉浸式和噴淋式蛇形管換熱器兩類。此APP展示的是沉浸式蛇形管流動換熱的過程。
</p><p class="ql-align-justify">接下來，我們提取熱傳導分析和輻射&換熱分析的下倒角某一點的溫度-時間曲線和應力-時間曲線進行對比分析。
</li><li class="ql-align-justify"><strong>液膜模塊:</strong>具備壁面液膜流動換熱模塊,可分析燃料射流對燃燒室高溫壁面的冷卻效果。
