如何简化模型的计算量

浅谈如何用二维轴对称对三维进行简化

（盘管换热器）

作者：极度喜欢上课

一、引言

在现实生活中事物都是三维的，理论上直接采用三维建模进行仿真能得到最接近真实情况的结果，但是在某些情况下，咱们可能只是想初步得到定性的规律不太在意定量的数据，此时简化几何维度能大大减少计算成本（能帮我们解决算得快不快的问题！）。而且三维模型的计算量通常都忒大，对于广大同学来说可能不是都有条件能使用高性能工作站，因此对三维模型进行几何维度上的简化更显得尤为重要（能帮我们解决能不能算的问题！）。

几何维度的简化不是盲目的，有时候简化后的模型所涉及到的方法操作可能比三维模型更加的复杂。本文以COMSOL官网一篇博客《模拟盘管换热器》[1]为例，同大家分享一下如何利用二维轴对称模型对三维模型进行简化。

如图1所示，为盘管换热器。中间螺旋盘管流入热水，四周圆柱流道流入冷空气，热水和冷空气在计算域内进行换热。COMSOL官网博客有详细介绍盘管换热器的背景以及简化的原理，但是并没有给定具体的边界条件，因此本文所展示的盘管换热器模型的各类边界条件均是本人根据仿真实际所进行设置的。

图1（来源COMSOL官网[1]）

二、三维盘管换热器

（一）模型的建立

如图2所示，在三维几何维度下进行建模。盘管总共有13节螺旋，盘管和四周圆柱流道均被0.2毫米厚的铜包裹，盘管内的流体为水，四周圆柱流道的流体为空气。盘管内径为1.6毫米，四周圆柱流道内径为19.6厘米。水的入口速度为0.1米每秒，流入温度为50摄氏度；空气的入口速度为1米每秒，流入温度为25摄氏度。考虑四周圆柱流道管壁对周围环境的自然对流换热，采用“湍流，k-e”进行稳态仿真。

图3

图4

图5