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FLUENT板式换热器数值模拟之二

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正文共: 811字 3图     预计阅读时间: 3分钟

1 前言

之前我们做过一个板式换热器的模拟案例,彼时提到板式换热器模拟的一大难点就是尺寸跨度太大造成网格数量巨大,一般的计算机无法胜任这个工作。该案例截取了板式换热器的最小换热单元,只有某一侧的流体,壁面采用了恒温处理。这种方法无法直接模拟换热器的工作性能,只能间接得到努塞尔数。如果想要直接评价换热器的性能,比如在设计流速(流量)下,出口温度是否能达到目标值,这时候计算域就必须包含两侧的流体以及板片,同时流体的流动需要达到设计的流程。这种情况下,就要对选取的换热单元进行延展,使其在流动方向上达到流程距离,同时计算域还要包括换热板片这个固体,如下图所示。

2 案例测试

我们以某板式换热器为例,截取包含两侧流体和换热板片固体的最小计算单元,两侧流体的物性参数按定性温度确定,入口温度为设计值,入口均采用速度入口,速度值为流道平均速度,这个务必要注意。出口均采用压力出口即可,换热单元流动方向的两侧均为周期性边界,类型为平移。需要指出的是,即使是上述的最小换热单元,网格数量还是相当巨大,原因就在于流动方向的计算域尺寸远大于流道高度尺寸和板片厚度尺寸,特别是板片厚度方向上还建议布置3~4个节点以上,用以求解固体导热方程。周期性换热单元的温度模拟结果和设计计算结果对比如下表,从温度上可以判断换热器的传热性能达到设计目标。不得不指出的是,周期性边界是一个非常理想的情况,即使流道结构上呈现周期性,只有远离壁面的位置才符合流动周期性特征,而恰恰换热器的宽度其实是很有限的,流动必然会受到两侧壁面的影响,再加上角孔流入换热流道的流量也不可能是均匀的,因此流动很难呈现真正意义的周期性特征。但是工程意义上的周期性并不需要真正满足理论上的周期性要求,因为工程设计允许设计误差的存在。不过,在计算资源允许的情况下,至少取冷热侧各一个完整的流道开展一个完整换热面的模拟,这种结果的误差最小,至少能在最小的代价下得到内部相对准确的流动传热细节。

来源:仿真与工程
Fluent理论
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首次发布时间:2024-11-21
最近编辑:1月前
余花生
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FLUENT进风百叶模拟

正文共: 657字 8图 预计阅读时间: 2分钟1 前言本案例来自如下的工程实例,某机柜内有个通风设备需要从机柜外部抽风,为了防止外部的异物被抽入管道,在机柜外壳设置进风百叶格栅,风管连接到格栅进行抽风。这里就存在一个问题,如果百叶的开孔率小,总的有效通流面积不够大,那么就会产生显著的局部损失,对风机工作不利,同时会在此处产生显著的压差(内负外正)形成很大的抽吸力,这显然是不合适的。本案例对原设计进行核算。2 建模与网格从模型中取一部分抽风管道,一部分机柜外壳以及完整的百叶(注意,可以对百叶的一些非流动相关的结构进行简化,比如安装孔等)创建计算域。如下图,这里的重点在于百叶附近的外流场的创建,流场边界需要足够远离百叶。我们在fluent meshing划分多面体网格,并对百叶附近的网格进行细化,节点数约为235万,最小正交质量0.37。3 边界条件这里关键设置在于将管道的出口设置为速度入口,但是速度值为负,表示抽风;外流场边界设置为压力进口,总压为0Pa,表示远离百叶的外部大气环境。其他设置不做冗述,稳态求解。4 计算结果我们先看一下计算域进出口的静压,风管抽风口具有很大的负压,在远离百叶的环境具有极小的负压,理论上无风状态下,此处一定有负压,因为总压为0Pa,而风速(动压)又不为零。距离越远,此处的动压和负压均约趋近于零。再看一下百叶附近的空气流速和压力情况,可以看出在紧挨着百叶风道的位置速度很大,负压也很大,说明百叶的开孔率是不够的,有效通流面积太小,流速过大,造成很大的抽吸力,这种情况可能会将周围的本不该被吸入的异物被吸到百叶的进风口造成堵塞。来源:仿真与工程

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