Ansys换热器设计与开发仿真解决方案
摘要
本文介绍了换热器的定义、应用、种类以及面临的挑战，详细阐述了换热器的分析与设计过程，包括流体的热分析、优化目标和分析方法。文中还探讨了仿真对换热器设计和开发的量化影响，提出了换热器设计的难点与方案，包括预测换热器结垢和最佳实践。通过Ansys应对挑战的关键功能，文章进一步展示了优化换热器设计的实践案例，如扩散器形状优化、导管螺纹形状优化、共轭传热、冷热循环热机疲劳、蒸发和冷凝以及系统耦合能力等。
正文
换热器是在两种或两种以上不同温度的流体之间进行热量交换的装置。换热器的应用范围广，尺寸差别较大。例如：锅炉（HVAC，发电厂）、冷凝器（家用冰箱，HVAC，发电厂…）、蒸发器（家用冰箱，HVAC，发电…)、热管(医疗设备，电子冷却…）和废弃再循环冷却器（EGR)（汽车)等。
目录
定义和应用
换热器的种类
使用换热器面临的巨大挑战
换热器的分析与设计过程：流体的热分析
分析方法
仿真对换热器设计和开发的量化影响
换热器设计难点与方案
预测换热器结垢
换热器设计和开发的最佳实践
1. 扩散器形状优化
1.1 工程挑战
1.2 仿真复杂性
1.3 Ansys应对挑战的关键功能
1.4 入口扩散器的形状优化研究案例
2. 导管螺纹形状优化
2.1 工程挑战
2.2 仿真复杂性
2.3 Ansys应对挑战的关键功能
2.4 波纹管
2.5 啮合波纹管
3. 共轭传热（CHT）
3.1 工程挑战
3.2 仿真复杂性
3.3 Ansys应对挑战的关键功能
3.4 Ansys Workbench Meshing 针对CHT绘制网格
4. 冷热循环热机疲劳
4.1 工程挑战
4.2 仿真复杂性
4.3 Ansys应对挑战的关键功能
5. 蒸发和冷凝
5.1 工程挑战
5.2 Ansys应对挑战的关键功能
5.3 Semi-Mechanistic沸腾模型
5.4 蒸发和冷凝案例研究
6. 系统耦合能力（0D，1D，3D耦合）
6.1 工程挑战
6.2 Ansys应对挑战的关键功能
6.3 换热器库
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使用换热器面临的巨大挑战
－ 优化热交换
－ 提升性能
－ 减少损害
－ 做出更好的材料选择
－ 承受异常/恶劣的条件
换热器的分析与设计过程：流体的热分析
（1）分析和设计：
－ 计算/设计 热/冷 出口的温度
－ 计算/设计 热/冷 质量流速
－ 计算/设计 热/冷 传热面积
（2）优化：
－ 传热速率最大
－ 压降最小
－ 减少温度的分层（增加均匀性）
－ 形状优化改善流动的均匀性
－ 成本效率
分析方法
（1）降阶的换热器模型
－ 更关注于换热器对系统影响而不是本身换热器的设计
－ 换热器尺度变化差异大，完全对换热器进行高精度的模拟不符合实际
－ 需要根据实验或者经验关联式定义一些输入参数
－ 只能用于某些经典的换热器
（2）详细的CFD分析
－ 能应用于任何一种换热器（不同几何、构型）
－ 能够从模拟中获得更多细节信息
－ 能应用于换热器本身的设计于优化
－ 能采用较大的网格（因为换热器本身的特性能够被网格解析）
－ 更加高级的物理模型
