基于FLUENT的深水油藏传热传质数值模拟研究
基于Fluent的复杂边界条件流动传热数值模拟
2016年第1期信息与电脑China Computer&Communication计算机工程应用技术目前，对于航空发动机内部燃烧室内部部件的设计，相比之前，需要更高的温升和更强的耐热性，这也不可避免地带来一些问题：比如油气之间的匹配问题、燃烧室火焰筒及涡轮叶片的冷却等。
目前，在推重比8一级的温升水平基础上，发动机10一级的发动机燃烧室温升水平较此提高了约200℃，采用的技术是对流气膜冷却或浮动壁的冷却技术。
我们若希望提高发动机燃烧室的温升水平，就要想办法解决恶劣的火焰筒工作条件带来的安全和可靠性问题。
目前，解决的方法通常是以下两种：一种采用先进的气膜冷却技术，还有一种就是火焰筒材料的许用温度如何提高。
在现代航空发动机中，热容量和温度上升都很高，传统的气膜冷却技术已无法满足现代航空燃烧室的日益发展了。
因此，我们需要积极寻求新的、高效的冷却方法。
本文使用了Fluent软件对冲击-发散复合冷却方式进行了数值模拟，通过改变吹风比M，相邻孔间距与发散孔径比(Pi/dm或Pm/dm)，得出了这三个数值的大小对冷却效率的影响，并利用这个基本特征对流场与温度场进行模拟分析，总结出一定的规律。
１ 计算方法1.1 物理模型我们采用Fluent软件中的分离隐式求解器对各个物理量进行了三维稳态计算，控制方程的通用形式如公式（1）所示：（1）式中，ρ表示流体的密度，ϕΓ和ϕS表示变量ϕ所对应的有效扩散系数和源项。
dm设定为1.0mm，其含义是发散孔直径，tm设定为=1.8mm，其含义是发散孔板厚度，Sm表示沿主流流向的相邻发散孔间距，Pm为展向的相邻发散孔间距；di设定为1.5mm，表示冲击孔直径，ti设定为1.8mm，表示冲击孔板厚度，Si表示沿主流流向的相邻冲击孔间距，Pi表示沿展向的相邻冲击孔间距。
其中，H/di的值为2.0，表示冲击间距与孔径比，Pi=Pm=2Si=2Sm，两壁之间的缝高H=3.0mm。
冲击孔与发散孔的排列布置方式为叉排正菱形，展向上的流动具有一定的相似性，因此我们选取沿流向上第19排孔作为研究区域，简化对称性边界条件后，选取宽度为Pi的两排孔作为研究区域。
基于Fluent的海底输油管道停输温降数值模拟
１ 模型建立
海 底输 油 管 道 热 力 系统 主要 包 括 ： 水 层 、 海 海 底 输油 管道 、 温层 、 底 土壤 层 等 具 有 一 定 热 物 保 海
为一矩 形 区域 ；
１ １ 稳态传 热 的数 学模型 的建 立 ．
求 解 区域 的微 分方 程 ：
—＋ ０ 譬： —
８７ ４５
Ａ
乳 Ａ ＝Ｔ Ｏ
： ， ∈（ ＋ 日１ ０ ｙ ， 占＋ ）
（ ６ ）
（ ７ ）
、
边 界 条件 ：
一
ａ ｌ Ｉ 批 Ｊ ｆ
＿
： ０ ： ｏ
Ｏ『． ： ｄＩ ｏ ０ ｒ ２ ｘ ：
２
（） １ ９
（０ ２） （ １ ２） （ ２ ２）
．
： ＝Ｔ ｏ ｉ
（） ４ （） ５
通信作者简介 ： 张
帆， ， 女 东北 石油 大学硕 士研 究生 。研究 方
Ａ Ｔ Ｏ
＝
向： 油气储运工程。Ｅ ｍ ｉ ｆ － ２ ＠１３ ｔｍ — ａ ： ｎ ３６ ６ ．ｏ 。 ｌａ ０
ｂ （ ｉ一 ｉＴ ｎ
３ ４期
龙安厚 ， ： 等 基于 Ｆｕ ｎ 的海底输油管道停输温降数值模拟 ｌｅｔ
＋
０Ｔ ２
（ Ｉ １ ）
（） ２
（） ３
理特性 的实体 ， 了便于理论分析 和求 解 ， 为 现将海 底输油管道周围土壤和管道传热模型作以下假设 ：
２１ ０ １年 ９月 １ ５日收到
边 界条 件 ：
Ｔ Ｒ ＝ Ｉ： ｍ Ｈ ．
Ｔ Ｒ ６ ＝ Ｉ ＋ｍ
ｌ２ ｙ＜ ２ ＋２ Ｒ
第ｌ卷 ｌ
第３ ４期
基于FLUENT的大型储油罐内原油非稳态传热的数值模拟最新文档资料
基于FLUENT 的大型储油罐内原油非稳态传热的数值模拟摘要：本文针对大型浮顶储油罐内原油的温降问题，应用计算流体软件FLUENT 对储油罐内原油的温降过程进行了数值模拟，得到了在自然冷却条件下，原油在浮顶储油罐内温降过程中温度场和速度场的分布图。
通过数据对比，得到计算流体软件计算的数值与实际测试的数值吻合较好，相对误差在3%以内。
关键词：储油罐 温降 FLUENT 数值模拟一、物理模型的建立本文利用FLUENT 软件对大型储油罐的温降进行了模拟计算。
图1为储油罐的二位几何模型，对此物理模型的相关假设如下：①认为罐内横向温度温度分布均匀，所以只对纵向二维温度场进行计算；②对计算区域进行简化，取过油罐中心轴的径向切面为研究对象，变三维问题为二维问题； ③忽略太阳与油罐间的虑辐射换热；④忽略原油内部物理化学因素而产生的内热源，忽略油罐边缘以及底部原油和石蜡的凝固潜热；⑤假设外界环境温度近似为随时间变化的周期性函数；⑥将储油罐浮顶近似处理为单层钢板，同时也将罐壁、罐底假设为均匀的等厚钢板。
其中各符号的具体意义为：T o ——为稳罐后储油罐内原油的初始平均温度，为常数； T d ——为大地恒温层处土壤的温度，为常数； T 1——为大地温度场的初始温度分布；f w ——为储油罐壁（保温层外侧）环境的温度函数； f t ——为储油罐顶部环境温度的分布函数；H 1——为浮顶储油罐内原油液位的高度（10.1米）；H 2——为储油罐罐底钢板到大地恒温层的深度（2H =10米）； R ——为储油罐径向平面半个平面的宽度；δ1——为保温层厚度，保温层平均厚度（δ1=80毫米）； δ2——为储油罐罐壁平均厚度（δ2=10毫米）； δ3——为储油罐顶板厚度（δ3=5毫米）； δ4——储油罐底板的平均厚度（δ4=10毫米）； 二、数学模型控制方程的直角坐标张量符号形式如下所示 质量守恒方程：()0=∂∂+∂∂i iu x t ρρ （1） 动量方程：()()i i jij i j i j i F g x x p u u x u t ++∂∂+∂∂-=∂∂+∂∂ρτρρ （2） 其中p 为静压，τij为应力张量，g i 和F i 分别为i 方向上的重力体积力和外部体积力，式中：ij i i i j j i ij x ux u x u δμμτ∂∂-⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂+∂∂=32 （3） 能量方程：()()()h effij j j j j i eff i i i S u J h x T k x p E u x E t +⎪⎪⎭⎫⎝⎛+-∂∂∂∂=+∂∂+∂∂∑)('''τρρ （4） 其中E 为内能，k eff 是有效热传导系数，J j ’是组分j ’的扩散流量。
传热传质领域的数值模拟研究
传热传质领域的数值模拟研究第一节：传热传质领域概述传热传质领域是物理学中的一个重要分支，该领域研究物理系统内物质的传递和转移过程，主要包括传热和传质两个方面。
传热研究物体内部或不同物体之间的热量传递过程，而传质则研究的是物质在不同物体中的扩散过程。
传热传质是科学技术和现代工业领域中不可缺少的基础理论。
在许多工程领域，如能源、材料、化学、生物医学等，传热传质的相关研究被广泛应用。
不断发展的计算机技术使得通过数值模拟的方法对传热传质过程进行研究成为可能。
第二节：数值模拟在传热传质领域中的应用数值模拟是传热传质研究中重要的尝试手段。
常见的数值模拟方法包括有限元法、有限差分法、边界元法、分子动力学方法等。
数值模拟能够提供全面、直观的成像信息，能够有效地揭示物体内部传热传质特性。
这种方法越来越受到科学家和工程师的广泛应用。
在能源领域中，数值模拟可以帮助研究不同燃料的燃烧过程，在化学工业中，它可以帮助解决反应机理相关的问题。
此外，在医学领域，数值模拟也被广泛应用于人体组织中的传热传质特性研究，用于协助医生进行手术操作计划的制定。
第三节：数值模拟的困境虽然数值模拟在传热传质领域中展现出了巨大的潜力，但也存在许多困境和难点。
首先，传热传质的过程包括非线性、多相和多尺度的现象，在数值模拟中需要处理大量数据和运算，计算成本十分高昂。
其次，传热传质领域中常见的问题具有很高的复杂度和随机性，传统的数值模拟方法很难解决这些问题，因此需要借助更高级的算法和数值模型来解决。
第四节：未来的发展趋势随着科学技术的不断进步，数值模拟在传热传质领域中的潜力不断被挖掘出来。
未来，数值模拟可能应用于以下几个方面：首先，随着物联网和云计算技术的普及，数值模拟的性能也将得到提升，更高级的算法和模型将会被研发出来。
其次，借助于人工智能技术，数值模拟将拥有更加强大的自主学习能力，为科学家和工程师提供更加全面、准确的模拟结果。
最后，整合多种模拟方法和技术，例如计算流体力学、分子动力学、有限元法等，将有可能帮助研究人员更加全面、多方位地了解传热传质领域中的问题及其解决方案。
fluent相间质量热量传递heat, mass, reactions -回复
fluent相间质量热量传递heat, mass, reactions -回复以下是一个基于主题"fluent相间质量热量传递heat, mass, reactions"的1500-2000字文章：Fluent软件是一种在流体力学领域非常常用的计算流体动力学（CFD）软件。
它在各种领域，如航天航空、汽车工程、能源、化学过程和环境工程中都有广泛的应用。
其中一个重要的应用领域是相间质量热量传递，它涉及到热量、物质质量和反应的传递和交换。
在CFD模拟中，fluent通过数学模型和计算方法来解决模拟问题。
对于相间质量热量传递问题，需要考虑流体的运动、温度、物料质量的变化和化学反应等因素。
fluent可以基于质量守恒、动量守恒、能量守恒和质量守恒方程的控制方程来进行模拟和计算。
首先，我们需要定义流体的物理属性，如密度、粘度和传导率等。
这些参数将会在模拟过程中使用到，确保计算的准确性和可靠性。
然后，我们需要设定边界条件。
边界条件是计算中非常重要的一步，它们决定了流体和物质在不同区域间的传递和交换方式。
例如，在一个池塘中，我们可以设定底部为固体边界，而顶部为开放边界，使得水分子可以通过顶部进入和离开系统。
此外，我们还可以设置壁面边界，以模拟管道中流体与固体壁面的热量和物质传递。
接下来，我们需要定义传热和传质模型。
热量传递可以通过传导、对流和辐射等多种方式发生。
fluent提供了各种传热模型，如导热方程、湍流方程和多孔介质模型等，以满足不同问题的需求。
此外，物质传递也需要考虑浓度差异和流体运动的影响。
对于化学反应方面，我们可以利用反应速率模型和化学反应器来模拟和计算。
在模拟过程中，我们可以观察和分析各种参数的变化情况。
fluent提供了可视化工具，如流线图、温度图和浓度分布图等，以帮助我们更好地理解问题的本质和特点。
通过分析这些结果，我们可以获得关于流体运动、热量传递和物质传递的详细信息，并优化系统设计和工艺流程。
基于Fluent的蓄热体传热过程的数值模拟
基于Fluent的蓄热体传热过程的数值模拟陈新进;王庆顺;孙伟【摘要】In the energy crisis of environment ,regenerative electric boiler uses valley power to heat regenerator firebrick material,Which turns electrical energy unable to be stored into heat energy temporarily ,then convert the available energy applied by the user through the secondary heat transfer. Regenerator work process consists of heating ,insulation,heat release,insulation and reheat cycle. Exothermic process is the main stage of regenerator work ,the size and time of the heat release directly influence the working status of equipment. By simplifying the model of the regenerator ,we build 3D model, then make numerical simulation on the exothermic process of regenerator using the Fluent module of ANSYS in workbench. Finally,we get the distribution regenerator outlet temperature exothermic process. The obtained results are consistent with the practical work temperature and time of a factory. The simulation results which are gotten from some set parameters such as the regenerativematerials ,heating time etc have certain guiding significance on practical production.%在能源紧张的环境下，蓄热式电锅炉利用低谷电加热蓄热体耐火砖材料将不能存储的电能转化为热能暂时贮存起来，通过二次换热转化为用户可以利用的能源。
基于fluent新型换热管传热与流动特性数值模拟毕业设计开题报告
基于fluent新型换热管传热与流动特性数值模拟毕业设计开题报告毕业设计开题报告学生姓名学号院系学科、专业指导教师专业技术职务入学日期____ 年 __ 月 __ 日基于 fluent 的新型换热管传热与流动特性数值模拟一、选题背景及其意义能是发展国民经济的基础。
目前，世界各国普遍面临着能供应紧缺的问题，要实现国民经济的可持续发展，必须提出有效的节能减排措施，即提高能效、节约能的同时降低污染物的排放 [1] 。
我国已将节约能作为一项基本国策，将节能视为煤、油、气和水能之后的“第五能”。
我国能总量的 70消耗在工业中，因而工业生产过程中能的有效利用、节约及回收极为重要，而经济性的设计和操作与能量的有效利用密切相关。
所以高效节能装备的研究与开发，是当前国内外技术领域与能科学界的研究热点，更是缓解我国日益严峻的能形式的客观需要 [2] 。
要缓解能紧张以及污染物排放的问题，节能是必然选择，已成为我国的长远战略方针。
而设计和制造各类高性能换热设备是经济地开发和利用能的最重要手段。
强化传热研究的主要任务就是改善、提高热传播的速率，以达到用最经济的设备来传递规定的热量，或是用最有效的冷却来保护高温部件的安全运行，或是用最高的热效率来实现能合理利用的目的 [3] 。
换热设备是化工、石油、生物和食品加工等行业中广泛应用的通用设备，其强化传热及其相关性能的优劣对于节能降耗具有重要意义 [4] 。
近几十年来，航空航天、核能、制冷等工业发展迅速。
一方面，各部门纷纷加大工业过程中设备的容量，以满足企业发展的要求。
另一方面，由于这些工业过程中存在有限的动力及空间，故需要减小换热设备的尺寸以及重量，使得系统中换热设备更紧凑，以期不更换原有设备就可以强化换热设备的换热过程，提高换热设备的传热性能。
二、国内外研究现状从上个世纪六七十年代开始，人们便开始对螺纹管内的传热与流动现象进行研究。
研究方法主要分为实验研究方法与数值模拟方法。
基于Fluent的海洋溢油数值模拟研究
ｄ ８
ｐ
＝
警 ＝ 蠹 【 （ ＋ ） 差 】 ＋ Ｇ ｋ ＋ Ｇ ｂ － ｐ ６ 一 毒 【 （ ＋ ） 差 ］ ＋ Ｃ １ ８ 詈 （ Ｇ ＋ Ｇ ３ ） 一 ｃ ２ 。 ｐ ２
１ ． ２ Ｐ Ｉ Ｓ பைடு நூலகம்算 法
Ｐ Ｉ Ｓ Ｏ（ Ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｕ ｒ ｅ － Ｉ ｍｐ ｌ ｉ ｃ ｉ ｔ ｗ ｉ ｔ ｈ Ｓ ｐ ｌ ｉ ｔ ｔ ｉ ｎ ｇ ｏ ｆ Ｏ ｐ ｅ ｒ ａ ｔ ｏ ｒ ｓ ） 是 压
（ ３ ）湍流模 型 。Ｆ ｌ ｕ ｅ ｎ ｔ 提供 的湍 流模 型包 括 ： Ｓ ｐ ａ ｌ ａ ｒ ｔ — Ａ ｌ ｌ ｍａ ｒ ａ ｓ 模型 、 标准
率 ８ 有 如下形 式［ ７ １ ：
ｐ
守东在 Ｙ ａ ｐ ａ和 Ｚ ｈ ｅ ｎ ｇ的溢油模 型基础上 建立海底 溢油 的数
学模 型 ， 并 首 次 考 虑 了溢 油 的 乳 化 作 用 ［ ， ； 王 晶 提 出 了预 测
中图分类 号 ： Ｘ ５ ５
文献标识码 ： Ａ
文 章编号 ： １ ６ ７ ２ — ９ ０ ６ ４ （ ２ ０ １ ６ ） ０ ６ — ０ ３ ０ — ０ ３
（ ２ ） 动 量 方 程 。动 量 守 恒 方 程 ， 也 称 为 Ｎ— Ｓ方 程 ， 表 达 式
为［ ６ ３ ：
在大力开发海 上油气 田的过程 中． 海底管道 在输送 油气
模型、 Ｒ Ｎ Ｇ Ｋ — ｓ模 型等 。经 查阅相关
资料 ． 本 文采用 标准 的 ， ｃ — ｓ模 型 ． 其 中湍动 能 Ｋ和湍 流耗散
海底 管道 由于 焊接裂 纹或 腐蚀所 形成 的小孔 发生 溢油 的模 型． 对溢油在 水 中输移 扩散 的过程 及影响其 扩散的主要 因素 进行 了研究 ． 并分析 了各种 因素 对油滴尺 寸的影 响［ ４ ＿ 。 本 文主要 利用 Ｆ ｌ ｕ ｅ ｎ ｔ 软 件 ．采用 基于压力求 解 的 Ｐ Ｉ Ｓ Ｏ 算法 ， 选择 Ｖ Ｏ Ｆ模 型 、 标准 ｋ 噌 湍流模 型来解 决瞬态 条件下 压力速 度的耦合 问题 ．对 较深水域的海洋输油管道泄漏 问题 进行 数值模拟。 主要研究了不同海流速度 、 不 同含 气率 以及在 相 同含气率 不同海流 速度时油气 混合物在 水中的输移特 性 ． 为海洋溢油 回收工作及海洋环境污染防治提供参考依据
热管在油浸式变压器中温度场分布的Fluent数值模拟
热管在油浸式变压器中温度场分布的Fluent数值模拟
变压器是电力系统的重要设备,对电能的经济传输、灵活分配、安全使用具有重要意义。
变压器在电力工程中的各个领域上获得了广泛的应用,社会生活对电气的依赖程度大大提高,对供电设备的质量要求也比过去更为严格。
目前电网上运行的变压器大部分仍为油浸式变压器,而且其中80%以上是采用自然油循环的冷却方式。
但是这种变压器由于采用片式散热器,使得自身横向体积庞大,运输及维修都很不方便,且片式散热器散热效率较低,变压器经常由于油温升过高,造成变压器油绝缘性能下降、油流带电、线圈老化甚至造成变压器起火、爆炸等事故。
因此改进自然油循环变压器的冷却结构、提高其冷却效率,不论从节能降耗,还是延长变压器的使用寿命、减少热事故方面,都将带来巨大的社会经济效益。
本文提出利用具有高效传热的重力热管对油浸式变压器进行散热,提高了冷却效率,改善了变压器的散热性能,能够很好的解决传统变压器在地坑及特殊环境中靠自然对流难以散热的问题。
由于热管内的流动和换热都极为复杂,内部换热是有相变的汽-液两相流,易受外部微小干扰的影响,工况不容易达到稳定状态。
热管在变压器内散热的应用目前还极少有研究推导,因此从实验和理论分析、数值模拟上还有待深入研究。
本论文是在前期实验研究的基础上通过数值模拟和理论分析对此问题进行了研究。
以期为热管技术应用于实践提供理论支持。
本文利用Fluent软件对加热功率为500w和1000时热管在油浸式变压器内的换热情况以及不同结构内的变压器换热情况进行了模拟计算,计算结果与实验基本吻合,本文所作的工作为以后的设计计算及应用提供理论依据,避免了实验
的盲目性和经验理论指导的不准确性。
Fluent教程案例7-油水两相流动数值模拟
实验七油水两相流弯管流动模拟-混合物模型弯管被广泛应用于石化、热能动力、给排水等工程领域的流体输送，其内部流体与管壁的相对运动将产生一定程度的振动而使管迫系统动力失稳，严重时会给系统运行带来灾难性的毁坏.而现今原油集输管线中普遍为油水两相流，流动复杂，且通过弯管时由于固壁的突变，使得流动特性更为复杂.因此，研究水平弯管内油水两相流的速度、压力分布等流动特性，不仅能够为安全输运、流动控制等提供依据. 还可为管线防腐、节能降耗措施选取等提供依据.混合物模型（Mixlure 模型）典型的应用包括低质量载荷的粒子负载流、气泡流、沉降旋风分离器等，混合模型也可以用于没有离散相相对速度的均匀多相流。
一、实例概述选取某输油管道工程管径600mm的90°水平弯管道，弯径比为3，并在弯管前后各取5m直管段进行建模，其几何模型如图所示。
为精确比较流体流经弯管过程中的流场变化，可截取图所示的5个截面进行辅助分析。
弯管进出口的压差为800Pa，油流含水率为20%。
2500500018002500600二、模型建立1.启动GAMBIT，选择圆面生成面板的Plane为ZX，输入半径Radius为0.3，生成圆面，如图所示。
2.移动圆面，选择圆面，Move在Global下的x栏输入1.8，完成该面的移动操作。
3.选取面，Angle栏输入-90，Axis选择为（0,0,0）→（0,0,1），生成弯管主体，如图。
4.在Create Real Cylinder面板的Height栏输入5，在Radius1栏输入0.3，选择AxisLocation 为Positive X，生成沿x方向的5m直管段，如图所示。
5.同方法，改变Axis Location为Positive Y生成沿y方向的5m直管段，如图所示。
6.将直管段移动至正确位置，执行Volume面板中的Move/Copy命令，选中沿y轴的直管段，在x栏输入1.8，即向x轴正向平移1.8。
热油管道FLUENT模拟
石油工程应用实例7.1 热油管路温降分析7.1.1 案例简介与思路分析我国所产原油80％以上为凝点较高的含蜡原油。
目前含蜡原油多采用加热管输的方式。
在热油管道运行过程中，不可避免地会因计划性或事故性的原因而发生停输。
原油管道的停输再启动，一直是管道安全运行的核心技术问题。
由于热油管道大部分都采用埋地敷设，因此在实际生产、运行中对于停输后热油管道以及土壤温度场分布的研究，具有重要的意义和作用。
【案例简介】本例的输油管为Φ500×6mm钢管，管中心埋深为1.5m，管外保温层厚度10mm，沥青防腐层厚度6mm。
由于涉及到与土壤环境的传热问题，需要考虑大地恒温层及管道热力影响区的水平边界来划定土壤区域范围，本例中选择土壤垂深10m，水平方向的热力半径为10m，如图7-126所示。
图7-1 管路温降几何示意图【思路分析】在模拟的过程中分别划分出流体区域与固体区域，然后在选择求解器时采用非耦合式隐式算法，打开能量方程，由于存在温度梯度，因此需要编写UDF来定义边界温度。
整个模拟计算的流程如图7-127所示。
图7-2 井下节流阀流动模拟流程图【光盘文件】——参见附带光盘中的“START\Ch7\7-6.msh”文件。
——参见附带光盘中的“END\Ch7\7-6.cas，6-6.dat”文件。
——参见附带光盘中的“AVI\Ch7\7-6.avi”文件。
[1]启动GAMBIT，单击→→，依次创建坐标（0，0，0）、(0.25，0，0)、（0.256，0，0）、（0.266，0，0）、（0.272，0，0）的5个点，如图7-128所示。
图7-3 创建的点[2]单击→→，打开Move/Copy Vertices对话框，选中之前创建的5个点，选择Copy选项，在Operation选项卡中选择Rotate，在旋转角度Angle中输入90，旋转轴Axis 选项保持默认，即围绕z轴旋转，单击按钮即可。
在旋转角度Angle中输入-90，其他选项保持不变，单击按钮，得到的点如图7-129所示。
油-水列管式换热器流场的数值模拟
油-水列管式换热器流场的数值模拟摘要：根据工程用油-水列管式换热器结构，建立了其数值模型，采用前处理软件gambit 对求解域进行离散，获得非结构化网格，然后利用计算流体力学（CFD）软件fluent求解油-水列管式换热器的流场，得到了该油-水列管式换热器的温度场、压力场和速度矢量图。
仿真结果分析表明：采用CFD软件数值模拟流场，所得结果可信，可作为传统设计方法的有益补充，且可对该换热器结构进行诸多优化。
关键词: 列管式换热器；换热器流场；数值模拟；1 引言列管式换热器是现阶段石化行业应用最广泛的一种换热器，列管式换热器的传热性能主要取决于管程和壳程内的流体及其相互之间的耦合作用。
壳程流体的流动形态是影响换热器结构性能的重要因素，不同的壳程流体流动状态使得列管式换热器的传热和流动助力等性能呈现出较大的差异。
采用数值模拟方法可以模拟复杂和理想工况下的流体流动状态、温度场、压力场等。
数值模拟的优点是求解速度快、费用低、重复性好、可操作性强，可以通过改变模型结构参数和初始边界条件来模拟不同工况下的流场，进而对不同操作工况的求解结果进行对比分析，得出最优的模型。
2 概述2.1研究内容和方法提高能源利用率是实现节能减排的重要手段之一。
基于列管式换热器在化工、石油能源行业中起到的重要作用，对换热器流场和传热现象的研究，以进一步了解换热器内部流体流动和传热特点，对于换热器的设计计算、改造、提高换热效率、降低能源消耗、延长使用寿命、提高换热器制造商的竞争力显得尤为重要。
本文将利用流体计算软件FLUENT对单管程、单壳程和带有3|4圆缺行折流板的换热器内部流场进行数值模拟，在不同的壳程流体进口速度而其它条件相同的情况下，通过模拟计算给出换热器内部压力场、温度场和速度场的分布及特殊平面的温度分布云图，并对结果进行分析。
通过模拟计算和对结果的分析，希望能得出比较有价值的结果，以期能为生产的工艺选择和换热器的设计提供理论指导。
基于FLUENT的油水混合油炸机传热分析
摘 要 ：利用 Ｆｌｕｅｎｔ软 件 仿 真 模 拟 了 油 水 混 合 油 炸 机 在 加 热 过 程 中 的 传 热 情 况 ，得 到 了 油 、水 的 温 度 分 布 云 图 ，发 现 油 、水 的温 度 分 布 出 现 明 显 的 分 层 。对 比了 不 同 油 、水 分 界 面 位 置 对 油 水 温 度 的 影 响 ，得 出分 界 面 距 槽 体 底 部 为 １２０ｍｍ 时 ，整 个 油 、水 温度 分 布 处 于 最 佳 状 态 ，为 油 炸 机 在 实 际 工 作 中 添 加 油 、水 提 供 了 理 论 参 考 。仿 真 结 果 与试 验 数 据 非 常 一 致 ，最 大 的 温 差 不 超 过 ７℃ 。Ｆｌｕｅｎｔ对 所 建 模 型 的 模 拟 结 果 合 理 ，为 油 水 混 合 油 炸 机 的优 化 改 造 提 供 了 一 种 方 便 快 捷 、功 能 强 大 的新 方 法 。 关 键 词 ：油水 混合 ；Ｆｌｕｅｎｔ；分 界 面 ；优 化 ；验 证 中 图分 类 号 ：ＴＰ３９１ 文献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：２０９５—５５５３（２０１６）０８—００９６－０５
张学进 ，叶长文，陈坤杰 ，康瑞．基于 ＦＬＵＥＮＴ的油水混合油炸机传热分析［Ｊ］．中国农机化学报，２０１６，３７（８）：９６－１００ Ｚｈａｎｇ Ｘｕｅｊｉｎ，Ｙｅ Ｃｈａｎｇｗｅｎ，Ｃｈｅｎ Ｋｕｎｊｉｅ，Ｋａｎｇ Ｒｕｉ． Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ ｏｉｌ－ｗａｔｅｒ ｍ ｉｘｔｕｒｅ ｆｒｙｉｎｇ ｍａｃｈｉｎｅ ｏｎ ｔｈｅｒｍａｌ ｃｏｎ— ｄｕｃｔｉｖｉｔｙ ｗｉｔｈ Ｆｌｕｅｎｔ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｚａｔｉｏｎ，２０１６，３７（８）：９６～ １００
基于FLUENT的油水混合油炸机传热分析_张学进
０ 引言
油炸食品历史 悠 久 ， 由 于 其 色 泽 金 黄、 口 味 酥 脆、 烹调 时 间 短 等 优 点 ， 在国内外都受到了人炸机加热升温阶段的模拟分析
１． １ 油炸机模型的建立 模型的建立是基于具有代表性的 Ｙ Ｚ Ｌ ―６ ０ 型油 水混合油炸机 ， 该型号油炸机的结构简图如图 １ 所示 。
收稿日期 ： ０ １ ５年７月２ １ 日 修回日期 ： ０ １ ５年７月３ ０日 ２ ２
图 １ 油炸机结构简图 ｉ ． １ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｄ ｉ ａ ｒ ａ ｍ ｏ ｆ ｆ ｒ ｉ ｎ ｍ ａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ Ｆ ｇ ｇ ｙ ｇ
排渣阀 ２．进水管道 ３．冷却管 １ ４．冷却管 ２ １． ５．油炸槽体 ６．壳体 ７．过滤网 ８．加热管 ９．出油管道
ｔ ε
ε（ ＋Ｇ Ｇ Ｃ Ｇｂ） １ ｋ＋ ３ ε ε ｋ ε －Ｃ ２ ε ε ρ ｋ ＋Ｓ — — 动力粘度 ； 式中 ： μ—
— — 湍动能 ； ｋ— — — 湍动能耗散率 ； ε— — — 由于平均速度梯度引 起 的 湍 动 能 ｋ 的 产 Ｇ ｋ— 生项 ； — — 由于浮力问题引起的湍动能产生项 ； Ｇ ｂ— — — 可压湍流中脉动扩张的贡献 ； ＹＭ — — — 经验常数 ； Ｃ Ｃ １ ２ ３ ε、 ε和Ｃ ε— — — 与湍动能 ｋ 对应 Ｐ ｒ ａ ｎ ｄ ｔ ｌ数 ； σ ｋ— — — 与耗散率 ε对应 Ｐ ｒ ａ ｎ ｄ ｔ ｌ数 ； σ ε— — — 用户定义的源项 。 Ｓ ｋ 和Ｓ ε— 采用具有较高收敛性的 Ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｕ ｒ ｅ －Ｂ ａ ｓ ｅ ｄ 求解器 ； 由于加热阶段时间长 ， 时间步的数量会比较大 ， 因此采 用Ｐ Ｉ Ｓ Ｏ 算法 ， Ｉ Ｓ Ｏ 算法在运行数量大的时间步 时 比 Ｐ
基于Fluent中DPM的水滴蒸发冷凝和沸腾过程中传热传质的规律和程序实现
基于Fluent中DPM的水滴蒸发冷凝和沸腾过程中传热传质的规律和程序实现基于Fluent中DPM的水滴蒸发、冷凝和沸腾过程中传热传质的规律和程序实现0 引言本文将详细讲述基于Fluent软件中DPM的水滴蒸发、冷凝和沸腾的控制方程和程序实现。
在包含水滴的多相流中（离散相和连续相）水滴（离散相）会和湿空气（连续相）发生传热传质。
对于传热过程，包括湿空气和水滴表面的对流换热和水滴蒸发和沸腾时的相变热。
对于传质过程，包括湿空气中水蒸气在液滴上冷凝，液滴的蒸发和沸腾。
请注意，在本文中，湿空气中的水只能在水滴上冷凝，不能在没有水滴的情况下生成水滴，且传热过程中不考虑辐射换热并假设液滴的温度试均匀的。
本文最后提供的程序仅适用于ANSYS19.1及其兼容版本。
为了统一词汇，湿空气（连续相）中的组成成分将表示为“组分(species)”，液滴（离散相）中的组成成分将表示为“成分(component)”。
1 传热液滴和湿空气的传热主要体现在两方面，一方面是液滴与湿空气之间的对流换热，另一方面是液滴和湿空气之间发生传质时的换热。
下式中，等号右侧第一项为对流换热热量，第二项为传质换热量。
m p c p dT pdt=?A p(T∞?T p)?dm pdtfg1.1对流换热湿空气和液滴之间的对流换热遵循牛顿冷却定律。
液滴与湿空气之间的对流换热流量用下式表示：m p c p dT p=?A p(T∞?T p)式中：m p：液滴（离散相）的质量，kg;c p：液滴的比热容，J/kg?K?1;T p：滴液的温度，K；：对流换热系数，W/m2?K?1;A p：颗粒表面积，A p=πd p2，m2；d p：颗粒直径，m；T∞：湿空气的温度，K。
上式中对流换热系数由湿空气和液滴之间的努塞尔数计算得到，液滴和湿空气之间的努塞尔数由下式给出：Nu=?d pk=2+0.6×Re12×Pr13式中：k：湿空气的导热系数，W/m?K?1；Re：雷诺数；Pr：湿空气的普朗特数，Pr=μc pk。
基于Fluent中DPM的水滴蒸发冷凝和沸腾过程中传热传质的规律和程序实现
基于Fluent中DPM的水滴蒸发冷凝和沸腾过程中传热传质的规律和程序实现Fluent是一款流体动力学软件，其中包含了离散相方法（DPM）用于模拟颗粒的运动和传热传质过程。
水滴的蒸发、冷凝和沸腾过程都是与传热传质密切相关的现象。
本文将介绍基于Fluent中DPM的水滴蒸发、冷凝和沸腾过程中的传热传质规律以及相应的程序实现。
1.水滴的蒸发过程：水滴在蒸发过程中，会受到环境中的热量传递，水分子在水滴内部形成蒸汽，并从水滴表面逐渐蒸发。
蒸发过程中的传热传质可以通过Fluent中DPM模型来模拟。
首先，需要构建一个包含水滴颗粒和气体介质的计算域。
水滴颗粒的初始位置、粒径和质量可以根据实际情况进行设定。
其次，通过设定水滴颗粒的表面属性，如温度、蒸汽质量分数等，来模拟水滴的蒸发过程。
可以通过设定边界条件或者设置适当的物理模型来实现。
针对传热传质规律，可以使用DPM中的蒸发模型。
该模型基于物理机理，考虑了水滴表面温度、湿度、传热参数以及气体介质中水分浓度梯度等因素，通过数值方法求解蒸发过程中的能量和质量传递方程。
2.水滴的冷凝过程：水滴在冷凝过程中，会释放热量给周围环境，水蒸气在与冷凝表面接触时变成液体。
冷凝过程中的传热传质可以同样通过Fluent中DPM模型来模拟。
与水滴蒸发相反，冷凝过程需要考虑水滴颗粒与冷凝表面间的传热传质。
可以通过设定边界条件或者设置适当的物理模型来实现。
针对传热传质规律，可以使用DPM中的冷凝模型。
该模型同样基于物理机理，考虑了水滴表面温度、湿度、传热参数以及冷凝表面与水滴颗粒的接触区域等因素，通过数值方法求解冷凝过程中的能量和质量传递方程。
3.水滴的沸腾过程：水滴在沸腾过程中，会迅速产生蒸汽，并从液态转化为气体态。
沸腾过程中的传热传质也可以通过Fluent中DPM模型来模拟。
为模拟水滴的沸腾过程，需要考虑水滴颗粒的表面属性、液相和气相的传热传质过程。
可以通过设定边界条件或者设置适当的物理模型来实现。
FLUENT软件在油气储运工程领域的应用
0前言油气储运工程是连接油气生产、加工、分配、销售诸环节的纽带，主要包括油气田集输、长距离输送管道、储存与装卸及城市输配系统等。
近年来，油气储运工程得到了高速发展，中国已经启动国家油气储备计划，正在更快更好地建设中国油气储运管网。
随着油气储运行业的迅速发展，单纯使用理论和试验研究已不能满足发展的需要，必须采用相应的模型研究油气储运工程领域各个环节可能出现的问题，有针对性地采取措施，避免发生安全事故，减少资源浪费。
在现代石油工业高性能、低造价、可操作性强的要求下，利用FLUENT 软件模拟相关流体问题，能够有针对性地采取措施，进行结构优化，推动油气储运行业的发展。
计算流体动力学（computational fluid dynamics ，CFD ）是流体力学的一个分支，通过计算机模拟获得某种流体在特定条件下的相关信息，实现用计算机代替试验装置完成“计算试验”，为工程技术人员提供实际工况模拟仿真的操作平台。
FLUENT 是通用CFD 软件包，用于模拟具有复杂外形的流体流动以及热传导，可实现对多种复杂物理条件下流场真实和全域的模拟。
由于其成本低、周期短、计算精度高、与实际吻合度高的特点，在实验研究和商业应用中具有重要的指导作用，故应用越来越广泛［1］。
1概述计算流体动力学是近现代流体动力学的一个重要分支，FLUENT 软件的设计基于“CFD 软件群”思想［2］，可针对各种不同流动的特点，采用最佳的数值解法，准确模拟流动、传热和化学反应等物理现象。
FLUENT 软件主要用于模拟和分析复杂几何区域内的流体流动和传热现象，有灵活的网格特性，可以支持多种网格，凡与流体、热传递和化学反应等有关的工业均可使用。
用户可以自由选择使用非结构化或者结构化网格来划分复杂的集合区域，也可以利用FLUENT 软件提供的网格自适应特性在求解过程中根据所获得的计算结果来优化网格。
从用户需求角度出发，FLUENT 软件容易上手，针对各种复杂流动的物理现象，采用不同的离散格式和数值方法，在特定领域内使计算速度、稳定性和精度等达到最佳组合，高效地解决油气储运工程领域的复杂流动计算问题［3-4］。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
３ 模 拟 及 分 析
３ １模拟 初始参 数 ． 根据模 拟需 要 ，设置如表 １的初始参 数 。 ３ ２ 模拟 结果及 分析 ． 用 ｆ ｅｔ ｌ ｎ 软件按表 ｌ的初始 参数分 别进行 求解 ， １２ ｓ ｕ 在 ０ ３ 达到稳 态 ， 态速度 和压力 场 云图如下 。 稳
３ ． 态速度 场 ． １稳 ２
原 油在 多孔介质 中流 动稳态 速度场 云 图如 图 ３所示 。
由图 ３可 见 ：
（ ）原 油在 多孔介 质 中流动 阻力很 大 ，速度 下 降很快 ，射孔 区和 流动 出 口区域速 度变 化不大 ； Ｉ 当流速 为 ０Ｏ ｍ／ ，原 油在 多孔 介质 中 的流 动速度 很慢 ，在 多孔 区很 小的一段 区域 内很快 就降低 为 ．ｌ ｓ时
２ ０ ＜ ＜２ ０ ， ２ ＜ ＜１ ５ ０ ０ ｘ １ ０ －１ ５ ｙ ２
一Ｉ ｌ
＝ ： ０
（ ５）
叙ｌ ＜０＝。ｌ ５＜５， ２ １ １ｕ ｏ＜ｏ ＝５ ２ ｏ ５，１ｒｏ ｏ ５ｏ＜５ 一＜一５５＜２ｏ Ｉ ＂Ｉ ＜ ｏ ｏ—ｕ ０＜ｏ＜１口 ０＜２ ５ ｌ， ２ —５ ｌ 口
基 于 ＦＵ Ｎ Ｌ Ｅ Ｔ的深 水 油藏 传 热 传 质数 值 模 拟 研 究
郭 涛，张 彬， 李文武，燕 涛
（ 洋石 油工程股份有限公 司，天 津 海 ３０ ５ ） ０ ４ ２
摘
要
油藏注水开采是提高采 收率的重要方法， 由于热采传递 复杂，理论和 试验研 究存在 一定 的局 限，本文 将参考某油 田常用射孔枪实物模 型建 立物理模 型，经过合理 简化建 立数学模 型，借 助Ｆ Ｕ Ｎ 模拟软件进行 ＬＥＴ 模拟 ，为描述注热流体 驱油过程提供 帮助。模 拟结果表 明，原 油的流 动性和驱 动性较差 ，粘度越大，流动
５ 卷 １
增刊 ２
中
国
造
船
Ｖｏ１ Ｓ ｅ ｉ ｌ ．１ ５ ｐ ｃａ ２ Ｄｅ ． Ｏｌ ｃ２ ０
２１ ０ ０年 １ ２月
Ｓ Ｐ ＨＩ ＢＵＩ ＬＤＩ ＮＧ ＯＦ ＣＨＩ ＮＡ
文 章 编 号 ： １０ －８２２ １）２２ ５０ ０ ０４ ８ （０ ０￥ —３ —６
（ ）该模 型包括三 个区域 ，射孔 区 、多孔介质 区和 出 口区 ； １
（ ）物理模 型尺 寸见 图标 ，单位 是 ｍｍ。 ２
２ 数学模型的建立
２ １主要１ ． 段设
（ ）多孔介质 非变 形 ，均匀 且各 向同性 ； １
（ ）忽略重 力对 多孔介质 内流动 的影 响； ２
（ ）在 分析域 内，处于 局部热 力学平 衡 ； ３ （ ）射 孔区和 出 口区假 设是 完全湍流 ，多孔 介质 流动属于 完全层 流 。 ４
２３ 边界 条件 ． 按照 实际情况 ，确 定如下 的边界 条件 。
郭
涛 ，等 ：基 于 Ｆ Ｅ ＬＵ ＮＴ的 深 水 油藏 传 热 传 质 数 值 模 拟 研 究
２７ ３
。
（ ３）
瑚
圳
出 口段 为压力 出 口：
Ｄ ｔ
上下 表面 为绝热 边界 ：
：
尸 ０
（ ４）
效果越差。
关 键 词：深水；油藏；传热传质；ＦＵＮ ＬＥＴ
０ 前
言
油藏多孔 介质 内部饱和 流动 与传热 问题 ， 自 １５ ８ ６年 Ｄａｃ 律提 出之后 ，人们 进行 了大量研 究 ， ｒｙ定 已有较大 进展¨。其主 要 内容包 括封 闭空 腔 内饱 和 多孔 介质 的 自然 对流 、管 内或 平板 问饱和 多孔介 质 Ｊ 的强迫对 流 或混合 对流 、埋在 饱和 多孔 介质 内的平 板 （ 】 或竖 板 ）或 热源 的外 流等 。随着 微尺度 科 Ｊ 学 与工程 研究 的兴起 ，微 尺度传 热 与传质 问题 已成为热 科学 研究领 域 中的一个 热点 。由于微 尺度传 热 学 学科领 域跨度 大 ，开展研 究时 间短 ，无 论是 从基础 理论研 究 ，还 是从实验 测试方 法和 实际应用 等方 面面 临许 多挑战 ，是 当代 热科 学领域 研究 的热 点之 一 Ｉ。 ４ 】 虽然 ，国 内外对 多孔 介质 内的流 动与传 热进 行 了一 些研 究 ，并取得 了一些 有意 义的成 果 。但 由于 油藏孔 隙复杂 （ 包括 基质 孔隙和 裂缝孔 隙 ），理论 和试验 存在 一定 的 困难 【。本文 将借助 ｆ ｅ ｔ 拟 ５ 】 ｌ ｎ模 ｕ
—
）＋ｆ＋ ＝ １ｃ 出 ＋ ｐ ＿ ｆ十ｎ／ 茜Ｔ ， （） ｌ （每・ ｃ］ Ｔｐ ）ｎ Ｔ 一 ｃ ａ ” ） ］ ｃ ， ｏ ｙ ） ／
（ ２）
ｆ＝ ＋簧Ｇ 一 丢 ］＋ ｙ ］＋ １＝ ＋筹ｃＧ３Ｃ－ 毒 １ （ ｓ ２ ）＋ ｋＧ ｅ ＋ｂＰ 《 Ｃ） ￣ －
学 术 论 文
２３ ６
一
一
一
一
～
一
ｌ
： 井
：
＿
潲
冀
岩 ｊ
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
！ 简
图 １ 采油常用射孔枪射孔示意图
２ 物理模型 （ 单位 ：ｒｍ） ａ
１ ２物理 模型 ． 根据 图 １ 所示 的射孔 示意 图，经过抽 象假 设 ，建 立物理模 型 ，描 述 如下 ：
软件进行 注热流 体 开采过程 数值模 拟及 分析 ， 开展针 对油藏 多孔 介质 中 的流动 与传 热基础 问题研 究 为 提供理论 及技术 支持 。
１ 物 理 模型 的建 立
１ １建 模依据 ．
在 射孔完 井 中，孔 密和 穿深是 两个最 重要 的射孔 参数 ， 以 ５ 、５１ 套 管 内采 用 国产器材 ８ ．／ ２ ９ 型射孔 器 （ ６￣ ｌ １ Ｌ ｍ）为研 究对象 ，穿深 指标 为 ５ ０ 左右 ：射 孔示意 图如 图 １ 示 。 ０ ｍｍ 所
２ ２ 数 学模 型 ． 控制 方程 为：
“
：
０
＋ ＋ ＝ｃ － 罢 Ｇ ａ ｃ ＋
＋ 十 ＝
１“ ｌ
㈩
去－ 茜 ＋ 。 Ｖ ｃ ｃ ａｆ ｃ ＋孝， ｋ ｉ ｘ ｙ ａ
Ｏｎ ｒ ） （ｐ Ｔ
ａ ｆ
．
ａ１ ｎ （－ （
—