換熱計算的案例
Solidcast——等效換熱系數(shù)計算工具
Solidcast——等效換熱系數(shù)計算工具
Spring-ICE 結冰算法述評-（5）對流換熱系數(shù)計算
1 對流換熱系數(shù)是個啥
我們都知道，換熱有三種方式：熱對流、熱傳導和熱輻射。對流換熱系數(shù)，顧名思義就是表征熱對流方式中，流體和固體間傳熱能力的一個值。說是系數(shù)，它可不是無量綱的。
對流換熱系數(shù)在結冰里能干啥呢？看一看結冰能量方程就會發(fā)現(xiàn)，對流換熱系數(shù)在摩擦、蒸發(fā)、升華等各個項里都起作用。一言以蔽之，對流換熱系數(shù)在結冰里是用來求解能量方程的。
2 對流換熱系數(shù)怎么算？
我們前面還提到，要調(diào)研分析，總結共性和異性。這里我們就來做一做。
總的來說，對流換熱系數(shù)的計算可以分成兩類辦法，一類是簡單明了，帶有經(jīng)驗性質(zhì)的。另一類是復雜玄幻，同樣帶有經(jīng)驗性質(zhì)的。
簡單的
復雜的
仔細研究就能發(fā)現(xiàn)，這個簡單的辦法，沒有復雜的公式嵌套和微積分運算。這個復雜的就是公式套公式，積分又積分
我們多數(shù)人都有這樣的幻覺，仿佛越復雜精密的理論出來的結果就會越準。我自己在做這個部分的時候，開始也是如此想。
但是一旦去使用那個復雜方法就會發(fā)現(xiàn)問題很多，很多地方不明確，出來的結果很怪異。看似精密，其實我研究過的文獻都沒把這個事情講清楚，甚至連一些關鍵參數(shù)，大家用的還有差別。
后來我決定，拿LEWICE的換熱系數(shù)結果和這兩個方法比比，看看究竟如何。
結論是：兩個都不準！！要非說誰好一點，還是那個簡單方法更好一點。
展開 使用GB151-2014《熱交換器》附錄C規(guī)范計算換熱器流體誘發(fā)振動情況并使用ANSYS 16.2校核固有頻率結果
流體誘發(fā)振動問題是曾在上個世紀40年代引起了廣泛的關注與深入的研究
一般來說是因為高速氣流沖刷某結構（如換熱器的換熱管）因誘發(fā)周期性脫離的卡門渦街引發(fā)的周期性激勵力與結構耦合所引發(fā)的 過大的耦合效應會使得結構發(fā)生振動、疲勞甚至破壞失效
本文所涉及的設備為擴展表面式管翅式熱交換器 其常規(guī)的迎面風速為2M/S左右 一般不用校核流體誘發(fā)振動問題 本設計的迎面風速為4.7米/S 筆者使用最新版GB 151-2014《熱交換器》附錄C 流體誘振動部分的算法經(jīng)過校核后發(fā)現(xiàn) 原設計不合格 規(guī)范中規(guī)定的4個失效條件有3個滿足 必須更改結構 經(jīng)修改 滿足了要求 結構是安全的 最后還使用Ansys 16.2的模態(tài)分析模塊校核了換熱管的固有頻率 以驗證手工計算結果
使用GB151-2014《熱交換器》附錄C規(guī)范計算換熱器流體誘發(fā)振動情況并使用ANSYS 16.2校核固有頻率結果.pdf
展開 換熱器流固熱耦合計算，四面體網(wǎng)格多面體網(wǎng)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(nèi)部水流
組裝后的網(wǎng)格
空腔內(nèi)的輻射換熱計算
計算設置
本次計算假定各向同性散射和輻射平衡，不考慮流場計算。
物質(zhì)屬性
計算物質(zhì)設置為空氣，設置它的散射系數(shù)為0.5/m
熱輻射模型
選擇DO熱輻射模型
邊界條件
設置墻體的溫度值
計算結果
計算域溫度云圖
計算值與實驗值對比
熱通量對比圖表
參考文獻
G.D Raithby, E.H. Chui. “A Finite Volume Method for Predicting a Radiant Heat Transfer in Enclosoures with Participating Media”. Journal of Heat Transfer. Volume 112, pp. 415-423, 1990
展開 傳熱計算-空腔自然對流換熱 ￥10
1 問題描述
一個長20cm，寬2cm的矩形幾何，其中上邊溫度500K，下邊溫度300K，兩側(cè)邊為絕熱邊界。內(nèi)部介質(zhì)為空氣，在溫度影響下產(chǎn)生自然對流。
圖 1 幾何模型
2 劃分網(wǎng)格
上下邊界劃分300個節(jié)點，左右邊界劃分30個節(jié)點，共生成9000個四邊形網(wǎng)格。
邊界命名
3 設置邊界條件
設置重力加速度為-9.81m/s2，添加空氣相關參數(shù)。
原文檔在附件里，自行下載。
Mixture 和用戶自定義函數(shù)UDF 計算液體蒸發(fā)換熱 ￥20
混合模型典型應用場景為沉降、旋風分離、泡狀流等
必須使用分離式求解器
不能用在沿流動方向的周期性流動
不能用大渦模擬
不能用無粘流動
不能用二階隱式時間格式
光滑直管內(nèi)液體蒸發(fā)換熱模型
二維光滑圓管，飽和壓力0.57MPa
管壁熱流密度10kw/m2
進口質(zhì)量流量288kg/m2s
使用UDF定義
蒸發(fā)飽和溫度；汽化潛熱；管壁熱流密度；管徑；飽和蒸汽焓
干度沿管程變化規(guī)律
向氣相轉(zhuǎn)移的質(zhì)量
耦合UDF
定義多相流模型為mixture
設置質(zhì)量和能量源項的UDF
展開 VirtualFlow | 熱管相變換熱仿真，支持不同尺度的氣液兩相相變計算
它具備氣液兩相模型，能夠模擬微納米尺度如空隙尺度的多孔介質(zhì)、微納結構等吸液芯的毛細潤濕和蒸發(fā)過程，預測毛細能力及蒸發(fā)換熱性能。
支持在微通道納米尺度中計算兩相相變，可用于表面凝結和核態(tài)沸騰的相變過程計算，以及計算在相變過程中的換熱情況。
軟件支持熱限制模型與RPI壁面沸騰模型，并開發(fā)有先進的的壁面冷凝模型，可根據(jù)此對池沸騰、大空間冷凝相變、壁面相變等進行數(shù)值模擬。
在處理熱虹吸問題時，通過模擬蒸發(fā)相變，觸發(fā)熱虹吸效應，進而研究熱邊界及固體結構對虹吸過程流量、流速的影響。
軟件能夠根據(jù)計算的兩相流動狀態(tài)自動切換所采用的兩相流模型，適用的多相流典型形態(tài)包括界面流、離散相以及混合流，提升計算準確性。
利用高精度的界面捕捉技術進行數(shù)值仿真計算，可以計算不同毛細數(shù)對微通道內(nèi)氣泡形狀的影響，以及計算由于表面張力的不同引起質(zhì)量移動的馬蘭戈尼效應。
通過使用VirtualFlow軟件對環(huán)路熱管進行相變換熱仿真，積鼎科技不僅幫助客戶解決了試驗測量難度大、測試設備成本高的問題，還顯著提升了研發(fā)效率，縮短了研發(fā)周期。相比傳統(tǒng)的試驗方法，研發(fā)周期縮短了2/3，整體的人力成本和試驗設備成本減少了一半以上。
積鼎科技的熱管領域CFD解決方案在多個行業(yè)具有廣泛的應用前景。在化工、核電、汽車、電子電器、生物等領域，相變換熱場景眾多，VirtualFlow軟件能夠為這些行業(yè)提供精準的熱管設計優(yōu)化方案，助力企業(yè)提升產(chǎn)品性能、降低研發(fā)成本、加快上市時間。
展開 關于Fluent熱邊界條件清單
1、壁面熱邊界，是基于Fluent計算傳熱問題的關鍵，因此大家有必須把各類邊界條件研究清楚。
-熱通量（熱流密度）；
-溫度
-對流
-輻射
-混合
-基于系統(tǒng)耦合器
-基于映射界面
2、Fluent壁面熱邊界條件的理論基礎就是1維傳熱學
3、熱流密度邊界：
上述適用于壁面臨近的區(qū)域為流體區(qū)域，當壁面臨界的區(qū)域為固體區(qū)域時，則使用下式計算：
4、溫度邊界：
壁面一側(cè)為流體區(qū)域時
壁面一側(cè)為固體區(qū)域時
5、對流邊界：
對流換熱邊界只針對流體，基于傳遞熱通量相等原理，得到了上式，默認在壁面位置沒有溫降低也沒有吸熱，如果用戶設置了壁面厚度，則可以考慮熱阻，如果用戶設置生熱率則可以考慮壁面發(fā)熱。
6、熱輻射邊界：
熱輻射邊界只針對流體，基于傳遞熱通量相等原理，得到了上式，在Fluent流體區(qū)域一側(cè)熱量基于對流換熱計算，在壁面外側(cè)熱量基于輻射傳熱定律計算。默認在壁面位置沒有溫降低也沒有吸熱，如果用戶設置了壁面厚度，則可以考慮熱阻，如果用戶設置生熱率則可以考慮壁面發(fā)熱。
7、混合傳熱邊界：
混合傳熱邊界只針對流體，基于傳遞熱通量相等原理，得到了上式，在Fluent流體區(qū)域一側(cè)熱量基于對流換熱計算，在壁面外側(cè)熱量基于輻射傳熱定律和對流換熱計算計算。默認在壁面位置沒有溫降低也沒有吸熱，如果用戶設置了壁面厚度，則可以考慮熱阻，如果用戶設置生熱率則可以考慮壁面發(fā)熱。
展開 積鼎 VirtualFlow 案例 | 環(huán)路熱管相變換熱模擬，實現(xiàn)微通道氣液兩相、單相及流固耦合仿真計算
相變和瞬態(tài)計算的精度和收斂性，一直以來都是流體仿真的難點。本軟件通過算法和工程實踐相結合，可以高精度的模擬環(huán)路熱管中吸液芯的毛細現(xiàn)象、蒸發(fā)冷凝等相變過程，填補國產(chǎn)軟件在這個領域的空白，同時計算精度和效率比肩國外主流軟件。
基于軟件在沸騰換熱、冷凝換熱和毛細力現(xiàn)象等方面有高精度的預測能力，所以可以在化工、核電、汽車、電子電器、生物等相變換熱場景較多的行業(yè)進行推廣應用。
2021年春季----電子產(chǎn)品散熱理論設計與ANSYS ICEPAK仿真實戰(zhàn)技術高級培訓班招生簡章
（Ra）數(shù)
-自然對流之瑞利（Ra）數(shù)的計算
-自然對流之什么是格拉曉夫數(shù)（Gr）數(shù)
-自然對流之格拉曉夫數(shù)（Gr）數(shù)的計算
-自然對流之鰭片（FIN）最佳間距（GAP）的計算
-初識熱對流的理論計算公式（牛頓冷卻定律）
-自然對流之垂直平板型（單板）換熱系數(shù)的計算（水平或垂直安裝）
-自然對流之垂直平板型（單板）換熱系數(shù)的計算（傾斜安裝）
-自然對流之垂直平板型散熱器換熱系數(shù)的計算（水平或垂直安裝）
-自然對流之垂直平板型散熱器換熱系數(shù)的計算 （傾斜安裝）
-自然對流之水平平板型（機箱頂面）換熱系數(shù)的計算（其他安裝方式）
-自然對流之水平平板型（機箱底面）換熱系數(shù)的計算（其他安裝方式）
-對流散熱之鰭片（FIN）傳熱性能的計算
仿真結合實例：
某自冷機箱的理論計算與熱仿真案例
2.強制風冷對流理論計算
-強制對流之鋁擠（平板）型散熱器（系統(tǒng)）的設計思路步驟
-強制對流之鰭片（FIN）最佳間距（GAP）的計算
-強制對流之鋁擠（平板）型散熱器換熱系數(shù)的計算（層流）
-強制對流之鋁擠（平板）型散熱器換熱系數(shù)的計算（湍流）
-對流散熱之鰭片（FIN）傳熱性能的計算
仿真結合實例：
某風冷機箱的理論計算與熱仿真案例
3.強制水冷對流理論計算
-強制對流之水冷板散熱器工藝簡介與內(nèi)流道的形狀
-強制對流之如何評定水冷板流道尺寸的合理性
-強制對流之水冷板內(nèi)流道換熱系數(shù)的計算-方形流道（直管）
-強制對流之水冷板內(nèi)流道換熱系數(shù)的計算-方形流道（彎管）
-強制對流之水冷板內(nèi)流道換熱系數(shù)的計算-圓形流道（彎管）
-強制對流之水冷板內(nèi)流道換熱系數(shù)的計算-圓形流道（直管）
-強制對流之水冷板內(nèi)流道沿程局部壓力損失的計算方法介紹
-強制對流之水冷板內(nèi)流道摩擦系數(shù)
展開 
【5月30日-6月02日 北京】Fluent傳熱計算與工程應用方法專題培訓
一、給方法解決以下關鍵問題
1、仿真分析結果主要在于經(jīng)驗積累，12年以上工程應用專家?guī)愦鹨山饣?2、有效掌握Fluent傳熱計算與工程應用方法+實操模型訓練
3、所有實例緊緊圍Fluent傳熱計算與工程應用方法為核心目標，進行實操模擬訓練
二、18個實例模型貼近工程實戰(zhàn)操作
實例01：混合管內(nèi)對流換熱計算
實例02：多材料裝配體的熱傳導計算
實例03：電烙鐵的瞬態(tài)熱計算
實例04：固體壁面之間的輻射傳熱
實例05：真空輻射計算
實例06：半透明介質(zhì)中的輻射計算
實例07：建筑環(huán)境太陽輻射計算
實例08：腔體內(nèi)的自然對流+輻射傳熱
實例09：電子芯片散熱計算
實例10：管式換熱器計算
實例11：多孔介質(zhì)傳熱計算
實例12：干燥器自然對流的熱均勻性計算
實例13：換熱器的流-熱耦合傳熱計算
實例14：水沸騰計算
實例15：蒸發(fā)冷卻計算
實例16：噴霧蒸發(fā)計算
實例17：管內(nèi)冷凝計算
實例18：化學反應熱計算
三、本質(zhì)問題與差異化
1、工程案例積累：專注CAE仿真計算，有大量的工程案例
2、關注計算結果：把仿真分析結果運用到產(chǎn)品中是核心理念
3、師資與專屬權：7000+多學員反饋、提煉的精選內(nèi)容與實例，形成版權課程體系
4、問題響應參與：自主師資與合伙人模式，可直接對接客戶問題，即時做出響應
5、效果保障措施：所有學員提供高配筆記本、模型、電子資料、操作軟件
四、專家團隊
團隊12年專注CAE技術工程應用方法，為客戶提供系統(tǒng)的產(chǎn)品質(zhì)量提升和優(yōu)化的技術方案，具備上百例的工程問題解決經(jīng)驗，熟悉CAE技術應用過程中的難點與關鍵點，團隊提供有價值的CAE技術服務。
展開 基于ANSYS Workbench流-熱-固多場耦合算法演繹
該方法適用于流-固耦合計算，流-熱耦合計算。該種方法，流體的求解主要通過Fluent完成，結構的求解可以使用結構模塊或結構熱模塊，由用戶的需求確定。場之間的數(shù)據(jù)交換模塊稱為系統(tǒng)耦合器，如圖3所示。
圖3 基于系統(tǒng)耦合器的迭代耦合計算
圖4和5分別給出了基于系統(tǒng)耦合器的流固和流熱耦合計算分析系統(tǒng)。流固耦合計算中，主要通過系統(tǒng)耦合器交換流體壓力與結構變形數(shù)據(jù)，流熱耦合計算中，主要基于對流換熱計算公式進行數(shù)據(jù)交換。
圖4 基于系統(tǒng)耦合器的流固耦合計算
圖5 基于系統(tǒng)耦合器的流熱耦合計算
如圖6所示，給出了迭代計算過程中場之間的數(shù)據(jù)映射無誤差曲線，默認的數(shù)據(jù)映射殘差為1%。
圖6 迭代計算過程中場之間的數(shù)據(jù)映射誤差曲線
展開 以圓柱導熱為例淺談熱學參數(shù)對仿真結果的影響
本文說明了傳熱學中比熱、導熱系數(shù)、密度對傳熱的影響，以及導熱過程在CFD商用軟件中如何實現(xiàn)的問題。
1 理論分析
首先，我們先理清"比熱"，"導熱系數(shù)"，"密度"以及由以上量推出的"導溫系數(shù)"的概念。
密度，即單位體積內(nèi)的質(zhì)量，也就是物質(zhì)包含質(zhì)量的能力。比熱，即變化一個單位的溫度(1開爾文溫度或者1攝氏度)所需要的能量，是物質(zhì)存儲能量能力的衡量。導熱系數(shù)，即物質(zhì)內(nèi)傳導能量的能力。因此，
導溫系數(shù)=導熱系數(shù)/(密度*比熱)
從以上公式可以看出，對于大家比較關心的溫度，不能僅僅依靠導熱系數(shù)進行判斷，而必須考慮密度和比熱的影響。物質(zhì)包含的質(zhì)量越多，存儲能量(留下的買路錢)越多，溫度變化必然越小。因此，密度和比熱對于溫度傳導來說都是負面效應，而導熱系數(shù)則是正面效應。
知道這幾個變量之間關系后，那么如何指導我們的CFD工作呢。
很多人在進行導熱計算或者對流換熱計算時，經(jīng)常遇到的問題是，要么很長時間溫度沒有變化，溫度變化不夠，要么溫度很快就變化均勻了，不知道原因所在，不能很好解決問題。尤其是一些流固耦合傳熱過程。
2 計算實例
以上例圓柱導熱為例，模型(材料為鋁)前端初始溫度為200℃，其他面絕熱，模型初始溫度為20℃。計算這個模型的傳熱過程。
通過這個理論計算可知。整個計算過程大約在20s內(nèi)完成，因此從瞬態(tài)計算的角度，應該取時間尺度為1-5s比較合適，這里取為1s。
整個計算過程的得到的中截面的溫度分布視頻如下。可以看出，整個傳熱過程的溫度傳遞過程都可以看得比較清楚，因此，這里選定的時間步長是合適的。
另外，為了說明以上參數(shù)對計算結果的影響。這里進行了四組參數(shù)的對比計算。
展開 流體力學分析軟件VirtualFlow，實現(xiàn)核反應堆熱工水力高效仿真
典型案例：
蒸汽發(fā)生器一回路流動換熱計算：VirtualFlow 通過IST 網(wǎng)格技術自動剖分及收縮，快速生成網(wǎng)格，采用標準 k-epsilon 模型，實現(xiàn)模擬一回路蒸汽發(fā)生器內(nèi)的流動換熱。
管道熱分層：在管道熱分層計算中，采用 LES 模擬湍流效果，結果與 Hirota（2010）試驗高度吻合，證明了軟件在復雜流動現(xiàn)象模擬中的準確性。
壁面沸騰：通過 N 相均相模型、標準 k-epsilon 湍流模型和 RPI 壁面沸騰模型，成功模擬了對流沸騰現(xiàn)象，出口氣含率與試驗結果一致，且在多組算例中精度優(yōu)于國外商用軟件。
?可壓縮兩相臨界流：積鼎科技開發(fā)了適用于 ADS 閥門的可壓縮兩相臨界流數(shù)值計算模型，采用飽和溫度 - 壓力模型及相變模型，可精確模擬 0.1~15.5MPa 范圍內(nèi)的水和水蒸汽的臨界流現(xiàn)象。
本次活動為行業(yè)同仁搭建了一個高效的學習交流平臺，促進了產(chǎn)學研的深度合作。通過分享前沿技術和實踐經(jīng)驗，進一步推動了核反應堆熱工水力仿真技術的發(fā)展，助力我國核能行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。
展開 