FLUENT管壳式换热器流动模拟

本文摘要（由AI生成）：

本文介绍了管壳式换热器内的流体流动和传热问题的设置和求解过程。计算域包含壳体(流体域)、管道(固体域)以及管道内流体区域(流体域)三部分组成。首先启动Workbench并建立分析项目，然后导入几何体，划分网格，定义模型，设置材料，设置操作条件，设置交界面，设置边界条件，设置初始条件，计算求解，最后进行结果后处理。

本教程演示了管壳式换热器内的流体流动和传热问题的设置和求解。计算域包含壳体（流体域）、管道（固体域）以及管道内流体区域（流体域）三部分组成。

 1     启动Workbench并建立分析项目 

（1）在Windows系统下执行“开始”→“所有程序”→ANSYS 19.2→Workbench命令，启动Workbench 19.2，进入ANSYS Workbench 19.2界面。

（2）双击主界面Toolbox（工具箱）中的Analysis systems→Fluid Flow（Fluent）选项，即可在项目管理区创建分析项目A。

 2     导入几何体 

（1）在A2栏的Geometry上单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择Import Geometry→Browse命令，此时会弹出“打开”对话框。

（2）在弹出的“打开”对话框中选择文件路径，导入leak.agdb几何体文件。

 3     划分网格 

（1）双击A3栏Mesh项，进入Meshing界面，在该界面下进行模型的网格划分。

（2）右键壳体入口平面，在弹出的快捷菜单中选择Create Named Selection，输入名称Hot-inlet，单击OK按钮确认。

（3）同步骤（2）创建壳体出口，命名为Hot-outlet。

（4）同步骤（2）创建管体的出入口，分别命名为Cold-inlet，Cold-outlet。

（5）右键选择壳体，在弹出的快捷菜单中选择Create Named Selection，弹出Selection Name对话框，输入名称Shell。

（6）同步骤（5）选择内部管道固体域和流体域，分别命名为Tube-solid，Tube-fluid。

（7）右键单击模型树中Mesh选项，选择快捷菜单中的Generate Mesh选项，开始生成网格。

（8）网格划分完成以后，单击模型树中Mesh项可以在图形窗口中查看网格。

（9）执行主菜单File→Close Meshing命令，退出网格划分界面，返回到Workbench主界面。

（10）右键单击Workbench界面中A3 Mesh项，选择快捷菜单中的Update项，完成网格数据往Fluent分析模块中的传递。

 4     定义模型 

（1）双击A4栏Setup项，打开Fluent Launcher对话框，单击OK按钮进入FLUENT界面。

（2）单击命令结构树中General按钮，弹出General（总体模型设定）面板。在SolverTime中选择Transient，勾选Gravity，在Z中填入-9.81m/s2。

（3）在模型设定面板Models中双击Energy按钮，弹出Energy（能量模型）对话框，勾选Energy Equation，单击OK按钮确认并关闭对话框。

（4）在模型设定面板Models中双击Viscous按钮，弹出Viscous Model（湍流模型）对话框，在Model中选择Realizable k-epsilon(2eqn)，在Near-Wall Treatment中选择Scalable Wall Functions，单击OK按钮确认并关闭对话框。

 5     设置材料 

（1）单击主菜单中Setting Up Physics→Materials→Create/Edit，弹出Create/Edit Materials（材料）对话框。单击Fluent Database按钮弹出Fluent Database Materials对话框，选择water liquid单击Copy按钮确认。

（2）同（1），选择固体材料铜。

 7     设置操作条件 

（1）单击主菜单中Setting Up Physics→Zones→Cell Zone Conditions面板。设置壳体材料为水，管道材料为铜，管道内材料为水。

（2）单击Operating Conditions按钮弹出Operating Conditions对话框，勾选Specified Operating Density，单击OK按钮并关闭对话框。

 8     设置交界面 

（1）单击主菜单中Setting Up Physics→Interfaces→Mesh按钮启动的Mesh Interfaces对话框，依次选择contact_region和contact_region_2，单击Delete按钮删除Meshing自动生成的交界面。

（2）单击Manual Create按钮弹出Create/Edit Mesh Interfaces对话框，分别选择contact_region-src和contact_region-trg，contact_region_2-src和contact_region_2-trg，勾选 Coupled Wall，创建interface1和interface2。

 9     边界条件 

（1）单击主菜单中Setting Up Physics→Zones→Boundaries按钮启动的边界条件面板。

（2）在边界条件面板中，双击cold-inlet弹出边界条件设置对话框。Velocity Magnitude输入1，在Thermal选项卡中，Temperature输入285，单击OK按钮确认退出。

（3）同步骤（2）设置Hot-inlet，Velocity Magnitude输入1，在Thermal选项卡中，Temperature输入368，单击OK按钮确认退出。

（4）在边界条件面板中，分别双击设置wall-shell和wall-tube-solid，Thermal Conditions选择Convection，Heat Transfer Coefficient输入23，Free Steam Temperature输入305，Wall Thickness输入0.001，Material Name选择copper，单击OK按钮确认退出。

 10     初始条件 

（1）单击主菜单中Solve→Initialization按钮，弹出Solution Initialization（初始化设置）面板。

Initialization Methods中选择Hybrid Initialization，单击Initialize按钮进行初始化。

（2）在Solution Initialization（初始化设置）面板中，单击Patch按钮，弹出Patch对话框，在Zone to Patch中选择所有计算域，Variable中选择Temperature，在Value中填入293，单击Patch按钮。

 11     计算求解 

（1）单击主菜单中Solve→Run Calculation按钮，弹出如图16-28所示Run Calculation（运行计算）面板。

在Time Step Size中输入0.001，在Number of Time Steps中输入1000，单击Calculate开始计算。

 12     结果后处理 

（1）双击C4栏Results项，进入CFD-Post界面。

（2）单击任务栏中 Location→ Plane按钮，弹出Insert Plane（创建平面）对话框，保持平面名称为“Plane 1”，单击OK按钮进入Plane（平面设定）面板。

（3）在Geometry（几何）选项卡中Method选择ZX Plane，Y坐标取值设定为0，单位为m，单击Apply按钮创建平面。

（4）单击任务栏中 （云图）按钮，弹出Insert Contour（创建云图）对话框。输入云图名称为“Temp”，单击OK按钮进入云图设定面板。

（5）在Geometry（几何）选项卡中Locations选择Plane 1，Variable选择Temperature，单击Apply按钮创建速度云图。