【流体】Fluent周期性流动换热仿真实例-翅片换热器精选全文

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【流体】Fluent周期性流动换热仿真实例-翅片换热器
案例描述：
氨水在间断式翅片换热器的流动换热仿真。

由于在间断式翅片换热器中重复的几何单元多，这里取它的一个重复单元进行仿真分析即可，尺寸和边界条件见下图。

FLUENT 提供流向周期流的计算。

这种流动具有广泛的应用，如热交换管道以及通过水箱的管流。

在这些流动模式中，几何外形沿流动方向上具有重复性的特点，从而导致了周期性完全发展的流动。

这些周期性条件在足够的入口长度后就会形成，具体与雷诺数和几何外形有关。

周期性热传导的解策略：
完成了周期性热传导常数壁面温度的用户输入之后，你就可以解决流动和热传导问题直至收敛。

最为有效的解决方法是首先解没有热传导的周期性流动，然后不改变流场来解热传导问题，具体步骤如下：
1.在解控制面板中关闭能量方程选项。

菜单：Solve/Controls/Solution...。

2.解剩下的方程（连续性，动量以及湍流参数（可选））来获取收敛的周期性流动的流场解。

注意，当你在开始计算之前初始化流场时，请使用入口体积温度和壁面温度的平均值作为流场的初始温度。

3.回到解控制面板，关闭流动方程打开能量方程。

4.解能量方程直至收敛获取周期性温度场。

当同时考虑流动和热传导来解决周期性流动和热传导问题时，你
就会发现上面所介绍的方法相当有效。

1、导入网格
1.1 打开Fluent软件，选择2D求解器。

1.2 导入网格，网格源文件在文章底部有下载链接。

1.3 尺寸缩放。

在本案例的附件网格，需要点击Scale两次，如下图。

2、模型选择
打开能量方程和湍流模型，其中，湍流模型设置如下。

3、材料
在流体材料库中调出氨水ammonia-liquid (nh3)的物性。

4、计算域设置
将计算域的材料设置为氨水。

5、边界条件
5.1 翅片wall边界，包括wall-top和wall-bottom。

给定wall温度为350K，其余保持默认。

5.2 周期性边界，Periodic。

给定质量流量为1.385kg/s，给定温度240K。

6、设置参考值
为了计算壁面的Stanton值，需要设定参考值，如下。

7、求解设置
7.1 求解方案。

7.2 松弛因子。

将能量松弛因子设置为0.95，其他默认。

残差收敛判据出来能量外，其余全部改为1e-4。

将求解的方程取消energy方程，只求解流动和湍流方程。

7.3 面监控。

监控计算过程中wall-top面的Stanton值得变化。

7.4 初始化。

7.5 迭代步数输入1000，计算1000步后的残差曲线如下，计算到673步收敛。

7.6 取消流动和湍流方程的计算，启动能量方程计算。

点击继续迭代计算，再次计算100多步就收敛。

收敛残差如下。

面监控Stanton数如下，4.0902e-3。

对于氨水经过此类翅片表面，当Re=7000时候，实验测到Stanton数为3.87e-3，仿真和实验值相差5.7%，非常接近。

后期可以将流动和湍流计算更加收敛，同时将能量收敛判据也降低，会使得仿真和实验值更加接近。

8、后处理
8.1 设置对称面显示。

8.2 速度场显示
8.3 温度场显示
放大翅片表面的温度场如下：。