流動換熱分析的案例
工業(yè)蛇管流動換熱仿真分析APP
工業(yè)蛇管流動換熱仿真APP封裝了換熱運行參數(shù)、蛇管形位參數(shù)、材料物性、網(wǎng)格控制與計算控制參數(shù)，可快速計算蛇管尺寸、蛇管形狀、布局位置、管材特性、介質(zhì)特性及運行工況等改變的情況下對工業(yè)容器蛇管散熱設(shè)備溫度及冷卻通道流場的影響。工業(yè)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(jié)果。
近年來，隨著工業(yè)生產(chǎn)的不斷發(fā)展，工業(yè)容器蛇管散熱設(shè)備的應(yīng)用也越來越廣泛，但是如何設(shè)計一個高效的蛇管散熱設(shè)備卻是一個十分復(fù)雜的問題。為了解決這個問題，工業(yè)蛇管流動換熱仿真分析APP應(yīng)運而生。
工業(yè)蛇管流動換熱仿真分析APP封裝了換熱運行參數(shù)、蛇管形位參數(shù)、材料物性、網(wǎng)格控制與計算控制參數(shù)，可以快速計算蛇管尺寸、蛇管形狀、布局位置、管材特性、介質(zhì)特性及運行工況等改變的情況下對工業(yè)容器蛇管散熱設(shè)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(jié)果。
通過使用工業(yè)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(zhì)特性及運行工況等改變的情況下對工業(yè)容器蛇管散熱設(shè)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(shè)備的效率，還可以節(jié)省設(shè)計時間和成本。
需要注意的是，工業(yè)蛇管流動換熱仿真分析APP只是一個輔助工具，設(shè)計師們需要根據(jù)具體情況進行修改和優(yōu)化。同時，在使用APP的時候，也需要注意對數(shù)據(jù)的準確性和合理性進行評估，以免出現(xiàn)錯誤的設(shè)計方案。
總之，工業(yè)蛇管流動換熱仿真分析APP的出現(xiàn)，為工業(yè)容器蛇管散熱設(shè)備的設(shè)計提供了更加科學(xué)、高效、可靠的解決方案，也為工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展注入了新的動力。
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(fù)的幾何單元多，這里取它的一個重復(fù)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(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，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。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(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，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、計算域設(shè)置
將計算域的材料設(shè)置為氨水。
展開 設(shè)備|換熱器流體流動空間的選擇
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，因為飽和蒸汽污垢熱阻較小，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，由于流速和流向的不斷改變，在低Re值（Re＞100）下可達到湍流，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)，使泄漏機會減少。
展開 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(cè) ￥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(cè)
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(qū)創(chuàng)建分析項目A。
2 導(dǎo)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(dǎo)入leak.agdb幾何體文件。
3 劃分網(wǎng)格
（1）雙擊A3欄Mesh項，進入Meshing界面，在該界面下進行模型的網(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。
（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 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(nèi)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(shù)</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(nèi)。</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(shù):</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(qū)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)。</p><p>3、使用說明</p><p><span style
展開 ANSYS APDL熱分析--換熱器熱膨脹分析(附命令流)
1.項目背景
蒸汽發(fā)生器排污熱交換器充分利用余熱、完成熱量轉(zhuǎn)換的試驗裝置，求結(jié)構(gòu)完整性有著至關(guān)重要的意義，而高溫下軸向的熱膨脹是導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失效的主要原因之一，因而計算器熱膨脹量至關(guān)重要。
2.項目目的
利用ANSYS軟件，建立蒸汽發(fā)生器排污換熱器梁單元三維模型，對其在設(shè)計溫度下的熱膨脹量進行計算，為后續(xù)驗證換熱器裝置的結(jié)構(gòu)完整性提供依據(jù)。
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(shù)，△T為溫差，L為管道計算長度
在本實例中，溫差△T：管側(cè)為310℃；殼側(cè)為268℃
α：12e-6 mm/mm·℃；
L：管側(cè)為1500mm；殼側(cè)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 如何在熱交換器中同時使用流動仿真和熱分析
步驟1：
通過此圖形創(chuàng)建簡化熱交換器
步驟2：
在 SW 中，您可以獲得 model。打開 “Flow Simulation” 模塊
步驟3：
創(chuàng)建新的流程項目
步驟4：
在“type of task”（任務(wù)類型）頁面上，打開“Heat conduction in solids”（固體中的熱傳導(dǎo)）
步驟5：
在“fluid”頁面上添加“water”
步驟6：
在“material”頁上添加 material aluminum。所有其他參數(shù)均為默認值
步驟7：
在細部孔中創(chuàng)建插件
步驟8：
在細部孔上創(chuàng)建邊界條件。在套管入口處創(chuàng)建質(zhì)量流量 5kg/s 的參數(shù)。溫度為 573K
步驟9：
在外殼外部，創(chuàng)建一個邊界條件 “ambient pressure”
步驟10：
在管道入口處，創(chuàng)建一個邊界條件，“輸入速度”為 1m/s，溫度為 278K
步驟11：
在管道出口處，設(shè)置邊界條件“出水速度”1m/s
步驟12：
開始計算
步驟13：
計算后添加結(jié)果“流動軌跡” – 流動溫度，類型 – 管材，內(nèi)管面（進管、出管），點數(shù) - 100
步驟14：
添加結(jié)果 “流動軌跡” – 流動溫度，類型 – 管材，內(nèi)管面（進、出），點數(shù) – 20
步驟15：
你得到結(jié)果！！
溫度上升約 30 度。
我不知道您的熱交換器的參數(shù)，因此結(jié)果是近似的。
展開 【AICFD案例教程】電機換熱分析
AICFD是由天洑軟件自主研發(fā)的通用智能熱流體仿真軟件，用于高效解決能源動力、船舶海洋、電子設(shè)備和車輛運載等領(lǐng)域復(fù)雜的流動和傳熱問題。軟件涵蓋了從建模、仿真到結(jié)果處理完整仿真分析流程，幫助工業(yè)企業(yè)建立設(shè)計、仿真和優(yōu)化相結(jié)合的一體化流程，提高企業(yè)研發(fā)效率。
【AICFD案例教程】IGBT對流換熱分析
AICFD是由天洑軟件自主研發(fā)的通用智能熱流體仿真軟件，用于高效解決能源動力、船舶海洋、電子設(shè)備和車輛運載等領(lǐng)域復(fù)雜的流動和傳熱問題。軟件涵蓋了從建模、仿真到結(jié)果處理完整仿真分析流程，幫助工業(yè)企業(yè)建立設(shè)計、仿真和優(yōu)化相結(jié)合的一體化流程，提高企業(yè)研發(fā)效率。
一、概 要
1）案例描述
本案例針對功率模塊進行流熱固耦合仿真。
① 模型簡化：選取整個模型1/6，基板下側(cè)增加水冷盤管和水路；
② 載荷：考慮芯片(每塊體積為25.35 mm^3)的產(chǎn)生的焦耳熱，總功耗均分到每個芯片中，施加體積熱源。案例最后可查看溫度分布和速度流線圖。
③ 邊界條件：水側(cè)對流換熱，入口速度8m/s。
2）網(wǎng)格
一階四面體網(wǎng)格，單元數(shù)8779036，節(jié)點數(shù)2233260。
圖1-1 網(wǎng)格模型
二、網(wǎng) 格
1）新建工程
① 啟動AICFD 2023R2；
② 選擇 文件>新建，新建工程，選擇工程文件路徑，設(shè)置工程文件名，點擊“確定”。
圖2-1 AICFD窗口
圖2-2 新建工程
2）網(wǎng)格導(dǎo)入
單擊菜單欄網(wǎng)格>導(dǎo)入網(wǎng)格，導(dǎo)入外部生成的計算域網(wǎng)格。
圖2-3 網(wǎng)格導(dǎo)入
3）網(wǎng)格質(zhì)量檢查
單擊菜單欄 網(wǎng)格>網(wǎng)格質(zhì)量，檢查網(wǎng)格質(zhì)量。
圖2-4 網(wǎng)格質(zhì)量檢查
三、求解設(shè)置
1）求解模型
雙擊 求解>求解模型，設(shè)置湍流模型。本案例為穩(wěn)態(tài)計算，采用不可壓縮流，湍流模型采用Standardk-epsilon模型。
展開 換熱器管束失效的原因分析
一、換熱器發(fā)生爆炸的原因分析
1、自制換熱器，盲目將換熱器結(jié)構(gòu)和材質(zhì)做較大改動，制造質(zhì)量差，不符合壓力容器規(guī)范，設(shè)備強度大大降低。
2、換熱器焊接質(zhì)量差，特別是焊接接頭處未焊透，又未進行焊縫探傷檢查、爆破試驗，導(dǎo)致焊接接頭泄漏或產(chǎn)生疲勞斷裂，進而大量易燃易爆流體溢出，發(fā)生爆炸。
3、由于腐蝕(包括應(yīng)力腐蝕、晶間腐蝕)，耐壓強度下降，使管束失效或產(chǎn)生嚴重泄漏，遇明火發(fā)生爆炸。
4、換熱器做氣密性試驗時，采用氧氣補壓或用可燃性精煉氣體試漏，引起物理與化學(xué)爆炸。
5、操作違章、操作失誤，閥門關(guān)閉，引起超壓爆炸。
6、長期不進行排污，易燃易爆物質(zhì)(如三氯化氮)積聚過多，加之操作溫度過高導(dǎo)致換熱器(如液 氯換熱器)發(fā)生猛烈爆炸。
7、過氧爆炸。
二、換熱器發(fā)生泄漏的原因分析
換熱器發(fā)生燃燒爆炸、窒息、中毒和灼傷事故大都是由于泄漏引起的。
展開 
加氫裂化裝置高壓換熱器選型分析
經(jīng)濟分析
1
采購費用
2019年，對于某2.0Mt/a柴油加氫裂化裝置，不同的制造商分別給出了纏繞管式換熱器和螺紋鎖緊環(huán)式換熱器的方案及報價。根據(jù)此應(yīng)用實例分析，在相同的工藝位置，1臺纏繞管式換熱器替代2臺螺紋鎖緊環(huán)式換熱器時，兩種方案的采購費用相差不大。但若以1臺纏繞管式換熱器替代更多臺螺紋鎖緊環(huán)式換熱器，采購費用可減少約15%~50%。
2
運行費用
以表1中提到的某煉化公司柴油加氫裂化裝置為例，反應(yīng)產(chǎn)物/反應(yīng)進料換熱位置實現(xiàn)了1臺纏繞管式換熱器對于6臺螺紋鎖緊環(huán)式換熱器的替代。單臺纏繞管式換熱器的管/殼程壓力降分別減小70%和44%，顯著降低了裝置循環(huán)氫壓縮機能耗。
3
材料及施工費用
對于高壓加氫裝置，反應(yīng)系統(tǒng)管道對材質(zhì)要求高，且管壁厚度大，材料及施工費用較高。在同樣的換熱負荷下，應(yīng)用螺紋鎖緊環(huán)式換熱器時，因設(shè)備數(shù)量多，配管過程中各個換熱器之間的管件多、焊口多。應(yīng)用纏繞管式換熱器，設(shè)備數(shù)量明顯減少。
展開 壓力容器專題 | 管板換熱器分析
問題描述
某臺臥式固定管板換熱器，殼程金屬設(shè)計溫度下的設(shè)計應(yīng)力強度Sm=183MPa，管程金屬設(shè)計溫度下的設(shè)計應(yīng)力強度Sm=118MPa，殼程設(shè)計壓力為0.58MPa，管程設(shè)計壓力為2.0MPa，殼程操作溫度為140.5℃，管程操作溫度為250℃。其他參數(shù)如下：
1、幾何模型
幾何模型如下圖所示，實體模型：
2、材料參數(shù)
材料參數(shù)如下圖所示，線彈性分析：
3、網(wǎng)格模型
網(wǎng)格模型如下圖所示，網(wǎng)格均勻整齊，符合壓力容器行業(yè)的網(wǎng)格習(xí)慣：
4、邊界條件
邊界條件如下圖所示，包含內(nèi)壓，對稱條件等：
5、分析結(jié)果
應(yīng)力強度如下圖所示：
線性化應(yīng)力如下圖所示：
6、思考與展望
采用實體模型時，由于換熱管的長度大數(shù)量多壁厚薄，劃分網(wǎng)格是個難點。由于網(wǎng)格規(guī)模的限制，厚度方向上很難劃為1層以上的單元，并且管長方向上，單元長寬比往往很大（建議不要超過20）。
展開 Moldex3D模流分析之如何應(yīng)用熱流道穩(wěn)態(tài)分析改善多模穴成型流動平衡
Moldex3D 針對熱流道系統(tǒng)仿真量身打造的解決方案──熱流道穩(wěn)態(tài)分析(Hot Runner Steady, HRS)，可支持復(fù)雜熱流道和進階熱流道模塊的快速分析，并協(xié)助使用者優(yōu)化多模穴的熱流道設(shè)計，評估該熱流道系統(tǒng)的流動行為，例如流率及流動平衡比。熱流道穩(wěn)態(tài)分析不需模擬模穴內(nèi)流動，即可提升迭代計算效率，達到改善熱流道設(shè)計的目的，因此可大幅減少分析時間。以下將深入說明如何應(yīng)用熱流道穩(wěn)態(tài)分析。
應(yīng)用一：在不須模擬模穴的情況下，使用熱流道穩(wěn)態(tài)分析優(yōu)化熱流道設(shè)計：
步驟1：新增射出成形項目，網(wǎng)格模型必須含有進澆點、模穴與熱流道。雖然熱流道穩(wěn)態(tài)分析會忽略模穴的計算，但使用者仍必須在項目中提供模穴。
注：用戶必須擁有進階熱流道模塊的授權(quán)，才可在計算參數(shù)內(nèi)設(shè)置熱流道穩(wěn)態(tài)功能與啟動相關(guān)計算
步驟2：在計算參數(shù)內(nèi)的熱流道穩(wěn)態(tài)分析下指定入料口流率、收斂精度及各澆口壓力。
注：在CAE模式下，入料口流率的默認值為模穴體積除以填充時間；在機臺模式下，入料口流率的默認值則為模穴體積除以行程時間。
注：熱流道澆口壓力代表該澆口所受到的外部流動阻力(預(yù)設(shè)為0MPa)，建議使用者可先試行一組單模穴分析(不需包含流道系統(tǒng)，只需指定進澆點)，取得澆口壓力結(jié)果后代入熱流道穩(wěn)態(tài)分析的澆口壓力設(shè)定。這種做法可獲得更精確的預(yù)測，并節(jié)省分析時間。
步驟3：于分析順序設(shè)定內(nèi)選擇熱流道穩(wěn)態(tài)分析，開始分析。
步驟4：開啟熱流道穩(wěn)態(tài)結(jié)果記錄文件，檢查各澆口流率與流動平衡比，根據(jù)這兩項結(jié)果進一步修改熱流道幾何與配置，例如更改特定區(qū)域熱流道直徑或流道長度，以獲得更為平衡的流動。
注：熱流道穩(wěn)態(tài)分析提供多種分析結(jié)果，對于此做法來說，較為關(guān)鍵的結(jié)果是流率與流動平衡比
步驟5：修改熱流道設(shè)計后重復(fù)步驟1至4。
展開 固定管板換熱器的機械場應(yīng)力分析
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(nèi)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(yīng)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(yīng)力衰減長度，一般而言，當(dāng)不必考慮兩側(cè)管板軸向差異時，才可利用軸向?qū)ΨQ性建模，且殼程分析長度應(yīng)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(qū)的應(yīng)力分布規(guī)律，忽略開孔接管、管箱封頭及支座等。考慮到結(jié)構(gòu)和載荷的對稱性，沿換熱器的縱向?qū)ΨQ面切開取其1/4作為分析模型體。結(jié)構(gòu)縱向?qū)ΨQ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(yīng)的軸向平衡力。換熱管內(nèi)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(cè)分別施加SOLID45單元進行機械應(yīng)力分析。
四、 有限元分析過程
五、 計算結(jié)果分析
應(yīng)力強度云圖如圖10所示，可見最大應(yīng)力發(fā)生在管板煅件的管程側(cè)過渡圓角處。其他可能出現(xiàn)較大應(yīng)力的位置是管板煅件的殼程側(cè)過渡圓角處和管板的主體位置上，為此設(shè)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(jié)果圖標1所示。
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