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EFD中如何进行热交换器的简化

日期:2012-06-20

 

EFD中如何进行热交换器的简化

问题:如何在不划分网格的情况下,对下图中的热交换器进行模拟?

回答:我们可以采用开启导热选项的多孔介质来完成模拟。

第一阶段:压降计算

在EFD中对热交换器应用不同的流量,从而获得其压降特性。需要补充的一点是,必须对热交换器沿坐标轴的三个方向都进行这一工作,从而获得正确的正交各向异性压力损失(尽管很多案例中只需要考虑一个方向)。

不必仿真模拟所有的热交换器翅片,只需要考虑少量的翅片即可,这有助于减少仿真时间和提高仿真效率。在这个案例中,我们只考虑3个翅片。

在Y和Z方向上应用绝热边界条件非常重要,因为这可以确保申博不会进入至求解域外的翅片中。

在这一阶段的计算中,不需要开启“Heat Transfer in Solids”选项。

之后必须在“Initial and Ambient Conditions”窗口中定义“X velocity”。由于计算求解域的截面已知(Y,Z),所以之后可以方便的转换为体积流量,在多孔介质的对话框中需要输入体积流量值。通常情况下,3~4个不同的流量就可以获得良好的压力降特性内插值。处于热交换器前后的两个用于方程目标的点目标可以获得压力降。

所获的这些结果值可以被输入至Engineering Databse中用户定义的多孔介质中。

以上热交换器分别处于1,5和10m/s不同的流速情况下。由于我们知道了求解域截面大小,所以流速可以方便的转换为体积流量,从而便于我们获得下图中的曲线。压降可以通过方程目标获取。

第二阶段:热交换计算

第二阶段的计算中包括了热交换器的热交换效应。

理想情况下的转换:

对热交换器的一小部分进行仿真可以获得其热交换特性,并且将这些仿真结果应用至更大的模型仿真中。这一阶段的模型求解域和边界条件与第一阶段相同。所关注的参数是体积热交换系数(Volumetric Heat Transfer Coefficient)。

我们和之前的步骤一样进行设置,但现在还要开启“heat conduction in solids”选项。

必须在管子内部定义一个流动子区域(Fluid Subdomain),并且将其设置为热申博(此案例中为水)。必须知道热申博的流量和压力,并且在入口边界条件上进行定义。

需要对模型中所有翅片表面定义表面目标,从而观察“Heat Transfer Rate”。这有助于我们了解模型中翅片所散失的热量。

体积热交换系数(VHTC)可以通过下式来计算:

VHTC=Q/(Vg△T)

此处: Q系统中所散失的热量

V是计算域的体积

△T是两个用于监测申博申博的点目标申博差(如下图所示)

在EFD中可以建立一个工程目标,从而自动的获取VHTC值。一旦获取了所有结果数据,它们会被自动的输入到工程数据库中(Engineering Database)。

必须采用一个缩放系数来缩放热交换器的材料特性。(我们无法直接使用材料特性,因为这样会导致仿真一个固体铝块)。

翅片体积:

多孔介质体积:

缩放系数:0.104

之后所有的这些特性数据都将被输入至多孔介质的特性中。

现在,应用多孔介质特性的固体块可以在不划分网格的情况下获得与详细模型一样的压降和热交换特性。

 

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