圓管管翅式換熱器換熱過程仿真研究目錄TOC\o"1-3"\h\u2147圓管管翅式換熱器換熱過程仿真研究 128153一．緒論 1185（一）中國能源現(xiàn)狀 125630（二）換熱器的發(fā)展歷史 329810（三）管翅式換熱器的簡介 311166（四）管翅式換熱器強(qiáng)化換熱的幾種手段 4180631.改變管的形狀 424502.改變管束排列方式 4177853.改變翅片的形狀 54184.改變管在翅片中的相對位置 516758（五）管翅式換熱器的研究動(dòng)究 56462（六）本文的研究工作 612175二.軟件簡介和功能介紹 610575（一）建模軟件geometry 712561.二維圖形操作 7232392.三維建模操作 955283.Boolean布爾運(yùn)算 1032084.其他操作技巧 1023427（二）網(wǎng)格劃分軟件mesh 1154741.Method操作 11278462.Sizing操作 11110783.ContactSizing:設(shè)置兩物體接觸處的單元網(wǎng)格劃分 12262874.ContactMatch:使兩物體接觸處的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)盡可能地貼近 12166145.Refinement和FaceMeshing 1231071（三）Fluent 1230025三.物理模型的建立 1524961（一）模型的建立 16197501.翅片和熱管的建立（以l/d=1為例) 16186242.空氣流道的建立 1627655（二）.基本設(shè)定和邊界條件 172783（三）材料的設(shè)定 1729565（四）網(wǎng)格無關(guān)性驗(yàn)證 183234（五）模擬方法的確定 188425（六）換熱器換熱效率的評價(jià)指標(biāo) 1831461四.數(shù)據(jù)結(jié)果和分析 21一．緒論（一）中國能源現(xiàn)狀能源是人類生存的基石也是發(fā)展的基礎(chǔ)。自新中國成立以來，我國就積極開展能源勘探，并多次對我國能源質(zhì)量進(jìn)行評估。中國能源資源具有有以下基本特點(diǎn)：能源資源總量多但人均少、總類多但大多質(zhì)量差、分布廣、開采難。改革開放之后，我國與國外的交流越來越密切，技術(shù)的交流也越發(fā)頻繁。我國學(xué)習(xí)吸取國外技術(shù)使得我國的技術(shù)發(fā)展迅速。高速發(fā)展的技術(shù)給能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了便利，也使得能源的利用率有所提高，能源供給方式和數(shù)量增多，能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)更加合理，能源使用和保護(hù)環(huán)境的問題逐步解決。但同時(shí)中國能源總量多但人均少、總類多但大多質(zhì)量差、分布廣、開采難的特點(diǎn)開始制約中國能源的發(fā)展，特別是人均少的問題已經(jīng)阻礙了中國能源的發(fā)展。自上世紀(jì)90年代以來，我國能源供需狀態(tài)逐漸由自給自足轉(zhuǎn)為供不應(yīng)求大量進(jìn)口。中國能源供需報(bào)告指出中國作為產(chǎn)煤大國在2008年之前，我國生產(chǎn)的煤炭還能向世界出口，而08年以后逐漸開始進(jìn)口國外的優(yōu)質(zhì)能源。在2018年中國全社會使用能源消耗量高達(dá)46.2億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，而中國在2018年能源生產(chǎn)量僅有約37億噸標(biāo)準(zhǔn)煤，也就是說中國在2018年向世界購買了約9.7億噸標(biāo)準(zhǔn)煤。中國進(jìn)口量占中國全社會使用能源消耗量的21%即對外依存度達(dá)到驚人的21%。為了保障我國能源使用的安全和能源技術(shù)的發(fā)展，我國多次提出開源節(jié)流的措施：與更多國家簽訂更多能源協(xié)議。我國的能源依存度偏高，若依賴某個(gè)國家的能源供給，一旦該國家出現(xiàn)能源問題時(shí)，我國也會被動(dòng)出現(xiàn)能源問題。與更多國家簽訂更多能源協(xié)議，可以建立一個(gè)多元的能源進(jìn)口渠道，降低中國能源進(jìn)口的風(fēng)險(xiǎn)，保障中國能源使用的安全。中國的石油資源大多依賴于進(jìn)口，為防止中國石油使用出現(xiàn)問題，中國已經(jīng)和中東多個(gè)石油大國達(dá)成交易，除中東外，俄羅斯也是中國原油進(jìn)口國之一。除此之外，中國打算從東歐、南美洲地區(qū)進(jìn)口跟多原油。中國天然氣進(jìn)口占進(jìn)口能源的16%，天然氣進(jìn)口渠道的拓展也極為重要。國外進(jìn)入中國的天然氣多為從哈薩克斯坦、俄羅斯等國的管道天然氣和印度尼西亞、菲律賓等國的液化天然氣。增加對能源研發(fā)的投入。根據(jù)國際能源總署，我國2000年能源R&D經(jīng)費(fèi)統(tǒng)計(jì)約為44.78億元，其中政府資金占10.65%。與他國對比發(fā)現(xiàn)我國政府資金投入占總GDP的比例略低，以至于在新能源方面（如核能，太陽能，風(fēng)能等）研發(fā)層度不高，能源利用率較低。調(diào)整能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)。我國是以煤炭消費(fèi)為主的能源大國，2019年我國能源消費(fèi)中煤炭占比達(dá)到57.7%，而石油占比在18.9%左右，其他能源如天然氣、水電、核電等能源總和占23.4%，能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)嚴(yán)重失衡。建立能源流通系統(tǒng)。我國能源分布不均，所以國家開展了北煤南運(yùn)，西氣東輸，南水北調(diào)等一系列工程。提高能源利用率。我國能源利用率從改革開放以來正在不斷提高，但任然距離發(fā)達(dá)國家有一定的距離。（二）換熱器的發(fā)展歷史換熱器作為熱力系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，高效的換熱器可以提高能源利用率。國外對換熱器的研究從上個(gè)世紀(jì)初就已經(jīng)開始，在1920年左右就已經(jīng)出現(xiàn)了一臺板式換熱器，相比于中國，中國換熱器產(chǎn)業(yè)雖然起步較晚，但是發(fā)展的十分迅速，我國在對換熱器進(jìn)行具體研究后，在65年時(shí)研制出來屬于中國的第一代板式換熱器，并在幾年后研制出中國第一臺螺旋板式換熱器。中國最早的換熱器并非是65年的板式換熱器，而是由撫順機(jī)械設(shè)備制造有限公司，在63年時(shí)按照美國TEMA標(biāo)準(zhǔn)制造的管殼式換熱器[1]。國外換熱器的發(fā)展在上世紀(jì)60年代前進(jìn)入了瓶頸期，60年代后由于沖壓和鍛造技術(shù)的發(fā)展、釬焊技術(shù)的發(fā)現(xiàn)、空間技術(shù)和尖端科學(xué)的突破使得國外換熱器往更加緊湊的方向推動(dòng)。同時(shí)間，我國多次引進(jìn)和學(xué)習(xí)外國換熱器技術(shù)，使我國換熱器研發(fā)進(jìn)度向世界不斷靠攏。80年代的強(qiáng)化傳熱元件的突破，我國換熱器又迎來大幅發(fā)展，一系列的高效換熱器紛紛問世，之前典型換熱器如板式換熱器也得到了進(jìn)一步的發(fā)展。到21世紀(jì)，強(qiáng)化傳熱的技術(shù)和手段的發(fā)展，我國換熱器產(chǎn)業(yè)市場規(guī)模得到不小的提升，2008年時(shí)，中國換熱器產(chǎn)業(yè)市場交易量達(dá)到360億元。最近幾年，我國更是和國外合作，共同制作出了10000m2換熱面積的管殼式換熱器，我國也自主研發(fā)了換熱面積約為10500m2板殼式換熱器。（三）管翅式換熱器的簡介管翅式換熱器是應(yīng)用非常廣泛的換熱器，其在動(dòng)力方向，石油化工方向，空調(diào)制冷方向都有應(yīng)用。在實(shí)際應(yīng)用中，管翅式換熱器基本存在在表面式空氣冷卻器、加熱器、冷風(fēng)蒸發(fā)器等。管翅式換熱器由翅片管構(gòu)成，翅片管顧名思義，有翅片有換熱管,翅片通過焊接等制造工藝加裝到換熱管上，換熱管一般情況下使用圓管，但換熱管也可使用扁平管和橢圓管。換熱管上加裝翅片，冷熱流體可以在管壁和翅片上進(jìn)行換熱，翅片大大增加了換熱面積，使得換熱效果遠(yuǎn)好于單純熱管。到目前為止，在熱管上加裝翅片這一構(gòu)造是世界公認(rèn)的，也是最為有效的增加管式換熱器換熱效率的結(jié)構(gòu)。現(xiàn)在，管翅式換熱器技術(shù)的發(fā)展，其翅片的形狀從單一的平直翅片變得更加多種多樣，加裝形式也從翅片加裝在單根熱管上變成翅片加裝在多根熱管上。管翅式換熱器作為緊湊型的換熱器，其材料的選用也十分講究。管翅式換熱器的材料要求其導(dǎo)熱性好，拉伸延展性也要好。符合要求且價(jià)格較便宜的金屬包括輕金屬鋁及其合金，銅和黃銅，不銹鋼等。在對這幾種金屬進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)鋁及其合金最為符合管翅式換熱器的材料要求。首先鋁作為輕金屬，密度低但強(qiáng)度可以通過熱處理使其達(dá)到鋼的金屬強(qiáng)度，做出來的管翅式換熱器總體就會輕，便于運(yùn)輸。其次鋁非常容易在空氣中形成一層致密的氧化膜，該氧化膜性質(zhì)穩(wěn)定耐腐蝕，可以保護(hù)鋁翅片不受腐蝕，同時(shí)氧化膜的超高強(qiáng)度，保證管翅式換熱器不易發(fā)生結(jié)構(gòu)形變。（四）管翅式換熱器強(qiáng)化換熱的幾種手段改變管的形狀將管子的外形從圓形改為橢圓形，就物理知識而言將橢圓形狀的短軸作為迎風(fēng)面時(shí)受到的阻力要比相應(yīng)圓形的小，所以當(dāng)使用橢圓管束時(shí)流動(dòng)阻力會更小。根據(jù)劉妮[2]的報(bào)告指出：橢圓管的管翅式換熱器其空氣進(jìn)口流速存在最佳進(jìn)口流速，表現(xiàn)在空氣進(jìn)口速度小時(shí)，管排數(shù)的影響小，空氣進(jìn)口速度大時(shí)，管排數(shù)的增大會造成壓降的增大，平均換熱系數(shù)減小。橢圓管的管翅式換熱器存在最佳橢圓率的橢圓管熱管，報(bào)告指出管翅式換熱器若使用橢圓率為2：3的橢圓管作為熱管，與同一周長的圓管管翅式換熱器性能相比換熱系數(shù)可以提高約10%，阻力降低30%。改變管束排列方式眾所周知換熱器的管束排列可以分為叉排和順排，叉排和順排的不同排列會使得流體流過時(shí)所受到的阻力大小不同，一般來說，叉排的阻力要比順排的要大，換熱性能要較順排的好。改變翅片的形狀近些年來，許多換熱性能優(yōu)異的換熱器翅片表面結(jié)構(gòu)不斷地被發(fā)現(xiàn),翅片作為強(qiáng)化傳熱的傳熱元件，不同形式的翅片，可以使流道形成不同的擾動(dòng)，從而進(jìn)一步強(qiáng)化換熱。在平直翅片上進(jìn)行一些如開孔、開槽、折疊等操作可以制作出一系列高效率的特殊翅片。例如使用波紋形翅片可以增加空氣流道的流通長度，增加空氣換熱的換熱面積。改變管在翅片中的相對位置改變管在翅片中的相對位置，是最為直接且有效的手段，本文將會對管位置對管翅式換熱器換熱性能的影響進(jìn)行簡單的研究和分析。（五）管翅式換熱器的研究動(dòng)究劉建[3]等人對管翅式換熱器翅片的各種形式對壓降的影響進(jìn)行了研究和總結(jié)，報(bào)告指出：在使用平直翅片時(shí)，平直翅片的間距對換熱系數(shù)有顯著的影響,并且且在一定的約束條件下，翅片間距對強(qiáng)化傳熱的影響存在最佳值，而管排數(shù)在管排間距較大時(shí)對空氣壓降幾乎沒有影響。何國庚[4]對管排數(shù)分別為16排、26排和32排的翅片管空氣冷卻器風(fēng)側(cè)阻力特性進(jìn)行了試驗(yàn)研究，他指出多排數(shù)（管排數(shù)大于10）情況下，隨著管排數(shù)的不斷增加，風(fēng)速的影響會不斷減小后趨于穩(wěn)定。劉建研究指出波紋形翅片可以加大空氣流道，增加換熱面積提高換熱效率，在翅片間距為1.65mm，管徑為8.53mm的情況下，換熱傳質(zhì)系數(shù)較平直翅片提升大約45%。Wangetal[5]之后對波紋形翅片換熱器的18種不同的管排列方式進(jìn)行研究，其結(jié)果表明，在一一對應(yīng)的情況下，波紋形翅片的換熱系數(shù)要比普通的平直形翅片高出50%至70%。Wangetal[6]也對條縫形換熱器進(jìn)行了換熱性能的研究，他發(fā)現(xiàn)單管排數(shù)的條縫形換熱器換熱性能會隨著翅片間距的減小而增大，而多管排數(shù)的條縫形換熱器在逐漸縮小條縫形翅片間距時(shí)，換熱性能會降低。Wangetal[7]在研究條縫形換熱器之前也對百葉窗形換熱器有過研究，他對17個(gè)不同結(jié)構(gòu)的百葉窗形換熱器在不同雷諾數(shù)下進(jìn)行了研究，研究指出百葉窗形換熱器的換熱因子，與管排數(shù)的變化成反方向，即管排數(shù)增大換熱因子反而減小。但當(dāng)雷諾數(shù)逐漸增大時(shí)，管排數(shù)的影響將會逐漸縮小，當(dāng)雷諾數(shù)超過2000時(shí)，管排數(shù)的影響將變得十分微弱。Wangetal[8]在研究了雷諾數(shù)對百葉窗形換熱器結(jié)構(gòu)的影響后，轉(zhuǎn)而研究干工況和濕工況可能對百葉窗形換熱器換熱性能的影響。Wangetal在研究濕工況時(shí)發(fā)現(xiàn)若沒有在管盤表面形成凝結(jié)液膜，則濕工況條件下的傳熱與干工況下十分相似。但一般情況下，使用會濕工況的百葉窗形換熱器其翅片表面溫度大多低于空氣的露點(diǎn)溫度，濕工況的水汽將會在翅片表面生成液膜，嚴(yán)重影響傳熱性能。劉建在研究管徑對管翅式換熱器的影響后指出使用平直翅片時(shí)管徑小的換熱性能要優(yōu)與管徑大的換熱性能，但管徑大管后的“無效面積”也越大的，壓降要多于管徑小的壓降。對于其他翅片類型，采用小管徑也可以提高管翅式換熱器的換熱性能。劉建之后指出管排間距對換熱特性和壓降特性的影響，在使用平直翅片時(shí)，管排間距影響小，壓降差別不大，在使用百葉窗翅片時(shí)管排間距大的壓降要比管排間距小的大。但在使用濕工況下時(shí)，管排間距大的有利于凝結(jié)水的排出，減小了壓降。（六）本文的研究工作計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展使得人們可以直接在電腦上進(jìn)行大規(guī)模的數(shù)值計(jì)算，計(jì)算機(jī)模擬技術(shù)的發(fā)展使人們脫離場地設(shè)備的制約，在計(jì)算機(jī)上得到實(shí)際系統(tǒng)的特性。如將計(jì)算機(jī)技術(shù)用于仿真換熱器的換熱過程，在計(jì)算器中可以直接將換熱器的換熱過程模擬出來，若用人工實(shí)驗(yàn)換熱器的換熱過程，則需要對換熱器中各項(xiàng)條件進(jìn)行約束。實(shí)驗(yàn)次數(shù)較少時(shí)，人工和計(jì)算機(jī)沒什么區(qū)別，但當(dāng)實(shí)驗(yàn)次數(shù)眾多步驟復(fù)雜時(shí)，計(jì)算機(jī)模擬可以更加快速和精確的模擬出結(jié)果。本文正是運(yùn)用fluent軟件模擬圓管管翅式換熱器換熱過程，并通過改變其管的相對位置研究管翅式換熱器管位置對其換熱性能的影響。二.軟件簡介和功能介紹本次模擬所以使用的軟件是ANSYS公司旗下的產(chǎn)品。ANSYS公司成立于1970年，發(fā)展至今已有50多年，現(xiàn)在可以稱其為世界第一仿真公司。世界科技技術(shù)的發(fā)展，越來越多的方向需要進(jìn)行軟件仿真，單一的部件軟件仿真已經(jīng)達(dá)不到世界的要求。ANSYS公司創(chuàng)立至今不斷發(fā)展軟件仿真技術(shù)，不斷拓展其軟件可以模擬的方向，更是致力于將軟件模擬的操作簡化，推動(dòng)軟件模擬平民化。同時(shí)ANSYS公司通過不斷收購并入優(yōu)秀的軟件豐富其公司軟件內(nèi)容，在2003年時(shí)，當(dāng)時(shí)極為先進(jìn)的為了解決工業(yè)實(shí)際問題的仿真軟件CFX加入ANSYS，豐富了ANSYS在航天技術(shù)、機(jī)械旋轉(zhuǎn)、機(jī)器制造等領(lǐng)域的內(nèi)容。2006年ANSYS收購了當(dāng)時(shí)著名的流體仿真軟件FLUENT，補(bǔ)充了其在流體湍流、導(dǎo)熱、化學(xué)變化等方面的內(nèi)容。2008年，ANSYS公司對Ansoft公司進(jìn)行了合并收購，Ansoft公司旗下產(chǎn)品EDA能夠?qū)?fù)雜的電子設(shè)計(jì)進(jìn)行模擬。為解決集成電路的問題，ANSYS公司在2008年對ApacheDS公司進(jìn)行收購。近些年來ANSYS公司的收購已經(jīng)使ANSYS的軟件達(dá)到十分完美的地步。建模軟件geometry下面介紹geometry軟件部分常見的功能二維圖形操作點(diǎn)擊左邊菜單欄的Sketching操作可以看見draw，modify，Dimensions，Constraints等操作（1）Draw頁面（圖1）圖SEQ圖\*ARABIC1圖SEQ圖\*ARABIC2指令從上到下分別為：用兩點(diǎn)確定一條線段（line）；圓上任意一點(diǎn)的切線（tangentline）：圓上一點(diǎn)與其他點(diǎn)的連線（lineby2tangents）；多線段或多邊形（polyline）；正多邊形（polygon）；用兩點(diǎn)確定一個(gè)矩形（rectangle）；用三點(diǎn)確定矩形（rectangleby3points）；用兩焦點(diǎn)確定一個(gè)橢圓（oval）；圓（circle）；用三條不平行的線確定一個(gè)圓（circleby3tangents）；線的相切半圓?。╝rcbytangent）；三個(gè)點(diǎn)確定圓?。╝rcby3points）；中心?。╝rcbycentre）；橢圓（ellipse）；曲線（spline）；點(diǎn)（constructionpoint）；相交點(diǎn)（constructionpointatintersection）Modify（圖2）指令從上到下分別為：圓倒角（fillet）；平直倒角（chamfer）；刪除選中角或相交線(corner)；刪除多余線(trim)；補(bǔ)充線（extend）；選中處分裂圖像（split）；選中邊拖動(dòng)（drag）；剪切（cut）；復(fù)制（copy）；粘貼（paste）；move以下指令暫不用就不在贅述。Dimensions（圖3）圖SEQ圖\*ARABIC3指令從上到下分別為：一般尺寸標(biāo)注（general）；橫向尺寸標(biāo)注（horizontal）；縱向尺寸標(biāo)注（vertical）；兩點(diǎn)距離（length/distance）；半徑（radius）；直徑（diameter）。Constraints（圖4）圖SEQ圖\*ARABIC4指令從上到下分別為：固定（fixed）；水平（horizontal）；豎直（vertical）；垂直（perpendicular）；相切（tangent）；重合（coincident）；中點(diǎn)（midpoint）；對稱（symmetry）；平行（parallel）；同心圓（concentric）；同半徑（equalradius）；同長度（equallength）；同距離（equaldistangce）；自動(dòng)約束（autoconstraints）。三維建模操作（1）Extrude:拉伸操作將選中圖形按照一定的方向和大小拉伸成3維圖形或者面，選中detailsview則可以修改具體參數(shù)：選擇要拉伸的曲線（Geometry）；使用AddFrozen可以將所拉伸的模型生成為一個(gè)新體或使用Material將生成的模型與之前的模型進(jìn)行合并成一個(gè)新體（Operation）；模型生成方向可以選擇xyz軸為方向也可使用已經(jīng)生成的體的面朝向?yàn)榉较颍―irection）；設(shè)置拉伸長度（FD1，Depth）。圖SEQ圖\*ARABIC5.拉伸操作（2）Revolve:旋轉(zhuǎn)操作圖SEQ圖\*ARABIC6.旋轉(zhuǎn)操作旋轉(zhuǎn)操作中需要關(guān)注的有g(shù)eometry、axis（旋轉(zhuǎn)軸）、angle（旋轉(zhuǎn)大?。＃?）chamfer:倒角操作圖SEQ圖\*ARABIC7.倒角操作倒角操作需注意選擇正確操作對象和正確的倒角大小。（4）Point:生成點(diǎn)操作圖SEQ圖\*ARABIC8.生成點(diǎn)操作選擇合適的操作對象和點(diǎn)距離可在操作對象上自動(dòng)生成點(diǎn)。3.Boolean布爾運(yùn)算（1）相加運(yùn)算Unite：將幾個(gè)選中的相交部件變成一個(gè)整體（2）相減操作Substract：去掉目標(biāo)物體中與另一個(gè)物體的相交部分（3）相交操作Intersect：保留兩個(gè)相交物體的公共部分（4）相交面操作ImprintFaces：生成兩個(gè)物體相交的面（5）清理操作：用于去除模型多余的點(diǎn)、線、空等操作。4.其他操作技巧（1）隱藏操作：選中某一物體后，鼠標(biāo)右鍵可以喚出“Hidebody”，使用后可以將選中物體隱藏，再次右鍵使用“Showbody”可以讓隱藏物體現(xiàn)形。鼠標(biāo)右鍵使用“suppressbody”，可以將選中物體直接廢除，讓后續(xù)操作不會對該物體操作，該物體也不會影響后續(xù)操作。（2）建立新坐標(biāo)系如圖所示為建立新坐標(biāo)系操作區(qū)域，前面“XYPlane”表示源平面，表示由這個(gè)面為基礎(chǔ)來建立新坐標(biāo)系。點(diǎn)擊后面彩色小坐標(biāo)系，可以確定待建立坐標(biāo)系的詳細(xì)信息以及過程。這里選項(xiàng)很多，可以根據(jù)需求選擇建立方向，也可選擇坐標(biāo)系形成過程（如平移或旋轉(zhuǎn)源平面、改變z軸等）。確定好后生成。（3）生成新二維圖形生成新二維圖形后操作不會對之前的模型有影響。網(wǎng)格劃分軟件mesh將模型導(dǎo)入mesh后，進(jìn)行網(wǎng)格劃分。網(wǎng)格劃分的好壞會影響之后的模擬是否可以進(jìn)行。下面介紹ANSYS中的自帶網(wǎng)格劃分軟件mesh的一些基礎(chǔ)功能。1.Method操作（1）Geometry:模型的實(shí)體，可以定義模型中各個(gè)部分的材料(固體或者液體）。（2）Method：選擇劃分網(wǎng)格的類型：自動(dòng)處理（Automatic）；四面體（Tetrahedrons）；六面體（HexDominant）；掃掠（Sweep）；復(fù)合四面體網(wǎng)格劃分（MultiZone）。2.Sizing操作選中模型中的部分使用sizing操作可用于設(shè)置網(wǎng)格劃分的尺寸大?。?）Type:設(shè)置網(wǎng)格單元尺寸的方法通過ElementSizing設(shè)置全體的網(wǎng)格單元尺寸來設(shè)置網(wǎng)格單元尺寸，在Behavior選擇soft設(shè)置使得在劃分網(wǎng)格時(shí)可以靈活變動(dòng)，選擇Hard則會嚴(yán)格按照設(shè)置來劃分網(wǎng)格。通過SphereofInfluence可以將更改球內(nèi)部的網(wǎng)格單元?jiǎng)澐殖叽绮僮鞑襟E：先選擇球的中心坐標(biāo)系在SphereCenter創(chuàng)建局部坐標(biāo)系，再在SphereRadius中選擇作用半徑，最后在ElementSize中設(shè)置作用域區(qū)域內(nèi)的網(wǎng)格單元尺寸。3.ContactSizing:設(shè)置兩物體接觸處的單元網(wǎng)格劃分選擇地是接觸，需要自己設(shè)置接觸才可用，可設(shè)置接觸處的單元網(wǎng)格劃分4.ContactMatch:使兩物體接觸處的網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)盡可能地貼近（1）設(shè)置主接觸處和從接觸處：MasterGeometry和SlaveGeometry（2）設(shè)置主體和從體：MasterBodies和SlaveBodies可以通過TolerabceSlider或TolerabceValue設(shè)置容差，控制接觸網(wǎng)格貼近程度5.Refinement和FaceMeshing作用為網(wǎng)格細(xì)化。FluentFluent作為國內(nèi)外知名的模擬軟件，其功能也是十分強(qiáng)悍，可以模擬計(jì)算流體流動(dòng)和熱傳導(dǎo)模型，輻射模型，相變模型，離散相變模型，多相流模型及化學(xué)組分輸運(yùn)和反應(yīng)流模型等。在Fluent啟動(dòng)主程序界面可以選擇是否啟用雙精度求解器（doubleprecision）。圖SEQ圖\*ARABIC9.fluent啟動(dòng)主界面ANSYSFLUENT的單精度和雙精度版本可在所有計(jì)算機(jī)平臺上使用。對于大多數(shù)情況，單精度求解器將足夠精確，但某些類型的問題可能受益于使用雙精度版本。下面列舉了幾個(gè)例子:如果您的幾何圖形具有非常不同的長度尺度(例如，非常長、很細(xì)的管道)的特征，那么單精度計(jì)算可能不足以表示節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)。如果你的幾何結(jié)構(gòu)涉及到多個(gè)外殼通過小直徑管道連接(例如，汽車管)，那么除了一個(gè)區(qū)域外，其他區(qū)域的平均壓力水平都可能相當(dāng)大(因?yàn)槟阒荒茉O(shè)置一個(gè)全局參考壓力位置)。因此，需要進(jìn)行雙精度計(jì)算來解決驅(qū)動(dòng)流體的壓差，因?yàn)檫@些壓差通常要比壓力級小得多。對于涉及高導(dǎo)熱比和/或高縱橫比網(wǎng)格的共軛問題，由于邊界信息傳遞效率低下，單精度求解器可能會影響收斂和/或精度。在多相問題中，粒子數(shù)量平衡模型用于求解粒度分布，其統(tǒng)計(jì)矩的值可能跨越多個(gè)數(shù)量級。進(jìn)入fluent主界面后可以在file中選擇readmesh導(dǎo)入網(wǎng)格。之后check檢查網(wǎng)格其值大于0就可繼續(xù)操作。圖SEQ圖\*ARABIC10.fluent檢查界面在求解器solver中可以選擇由分離式求解器發(fā)展來的用于不可壓縮流體低速流動(dòng)求解的Pressure-Basedsolver，也可選擇由耦合求解器發(fā)展而來用于求解高速可壓縮流體的Density-Basedsolve。這兩個(gè)求解器方向不同，具體問題要具體選擇。在導(dǎo)入模型網(wǎng)格，檢查通過后，需要對模型進(jìn)行基本物理模型的選擇。圖SEQ圖\*ARABIC11.fluent中的幾個(gè)模型除圖11所示以外fluent中還有兩個(gè)更加基礎(chǔ)的物理模型：非粘性物理模型（inviscid），和層流物理模型（laminar）。具體問題要具體選擇。在物理模型確定后，需要對模型各個(gè)部分材料進(jìn)行定義。圖SEQ圖\*ARABIC12.材料設(shè)定材料定義完成后則需要根據(jù)模擬條件設(shè)置邊界條件圖SEQ圖\*ARABIC13.邊界條件的類型設(shè)定完成后進(jìn)行初始化就可進(jìn)行模擬。三.物理模型的建立本文選用模型為平直翅片的4排叉排管束的圓管管翅式換熱器，其計(jì)算模型選為某一圓管和2翅片組成的翅片管。物理模型的一些參數(shù)（單位：mm）編號翅片長L翅片寬W翅片厚度翅間距Tp管徑d相對管位置l/d130200.45100.75230200.45101330200.45101.25430200.45101.5530200.45101.75630200.45102表SEQ表\*ARABIC1l為圓中心位置距離翅片寬邊的距離。翅片厚度為0.4mm，為減少計(jì)算量，利用翅片的良好對稱性和周期性，使用翅片厚度中剖面建立模型（建立模型時(shí)翅片設(shè)為0.2mm）模擬計(jì)算。模型的建立翅片和熱管的建立（以l/d=1為例)建立翅片時(shí)需要確定翅片的參數(shù)，確定參數(shù)后可在geometry中建立一個(gè)長30mm，寬20mm的長方形并對其進(jìn)行拉伸，拉伸長度為0.2mm。在建好的翅片上建立新坐標(biāo)系，并畫出直徑為10mm的圓。對圓進(jìn)行約束，使圓中心距離長邊10mm距離寬邊10mm。對圓進(jìn)行拉伸生成熱管，拉伸長度為5mm，操作方式為addfrozen。選中翅片，使用create下的pattern的操作，將翅片復(fù)制到熱管的另一端。將模型slice，使得在翅片上劃出熱管位置。將翅片上的熱管和原來的熱管進(jìn)行布爾求和得到整個(gè)熱管。選中熱管使用suppressbody。在翅片上選中建立的圓，將其拉伸，使其成為空心的熱管?？諝饬鞯赖慕⑹褂胻ool下的fill功能自動(dòng)生成流道。或者選中流道的翅片一面將其拉伸操作方式為addfrozen，在后續(xù)操作時(shí)將這部分材料定義為流體。圖SEQ圖\*ARABIC14.l/d=1模型的xoy平面圖（二）.基本設(shè)定和邊界條件為便于模擬計(jì)算，將空氣視為不可壓縮流體（將空氣密度設(shè)定為常數(shù)1.185千克/立方米），空氣的其他物性也不隨著溫度變化而變化。翅片和圓管沒有接觸熱阻，且翅片和圓管的物性為常數(shù)?？諝馊肟谠O(shè)定為速度入口邊界條件velocityinlet，空氣流動(dòng)速度為從3m/s逐漸增加到5m/s，入口溫度為298.15k?？諝獬隹诘乃俣群土鲃?dòng)細(xì)節(jié)不確定，將空氣出口設(shè)定為自由流出口邊界條件outflow。因?yàn)槟Ｐ蜑閱纬崞?，空氣?cè)的左右側(cè)邊可以設(shè)定為對稱條件symmetry，翅片的上下兩壁面設(shè)為絕熱邊界條件HeatFlux=0，翅片的四周也可設(shè)置成絕熱邊界。為簡單模擬換熱，將圓管管壁設(shè)定為恒壁溫373.15k。（三）材料的設(shè)定名稱材料密度ρ/(kg·m－3)比熱容Cp/J·(kg·K)－1)導(dǎo)熱系數(shù)λ/W·(m·K)－1)動(dòng)力粘度μ/(Pa·s)流道空氣1.22510050.02631.185×10－5翅片鋁2719871202.4-圓管鋁表SEQ表\*ARABIC2（四）網(wǎng)格無關(guān)性驗(yàn)證對翅片長30mm，寬20mm，厚度2mm，翅片間距5mm進(jìn)行不同的網(wǎng)格劃分，得到網(wǎng)格數(shù)量為29328，56272，121720，的3種網(wǎng)格模型。在設(shè)定不變的情況下進(jìn)行模擬，得到下表網(wǎng)格數(shù)量nuk2932816.7440.515627218.1643.9312172019.3646.82表SEQ表\*ARABIC3由表可得網(wǎng)格數(shù)量為29328，56272，121720時(shí)Nu數(shù)相對誤差為8%和6%差別不大。以下使用121720的網(wǎng)格劃分方法。（五）模擬方法的確定首先在翅片結(jié)構(gòu)不變的情況下，將入口風(fēng)速逐漸由3m/s增加到5m/s。之后改變翅片結(jié)構(gòu)，再次將風(fēng)速由3m/s增加到5m/s。（六）換熱器換熱效率的評價(jià)指標(biāo)Nu作為對流換熱強(qiáng)度的無量綱數(shù)，Nu數(shù)越大則表示該處換熱強(qiáng)度越大。Nu公式為（1）式中De表示為水力直徑。最小界面處的De公式為（2）Pr作為運(yùn)動(dòng)粘度與導(dǎo)熱系數(shù)的比值,表明流體中能量和流體的速度直接按的聯(lián)系。Pr公式為（3）換熱系數(shù)作為表示流體和固體表面間換熱能力的參數(shù)，其值的大小可以反應(yīng)流體的換熱能力大小。換熱系數(shù)的公式為（4）壓降作為表示流道內(nèi)阻力大小的數(shù)值，其值越大阻力越大。壓降的公式為（5）阻力系數(shù)作為表示物體在流體中的阻力，其值越大則阻力越大。阻力系數(shù)的公式為（6）根據(jù)McQuistion提出的用于計(jì)算4排叉排管束平均表面?zhèn)鳠嵋蜃拥年P(guān)系式為（7）管排數(shù)小于4排時(shí)（8）j44排叉排管束平均的表面?zhèn)鳠嵋蜃?，Red以管外徑為特征尺度的雷諾數(shù)，α0空氣與翅片管外表面對流換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，W/(m2d0管外徑，mρa(bǔ)空氣密度，Kg/m3μaμmaxA0總外表面積，mAb0管束外表面積，mN管排數(shù)空氣流過平直套片的阻力計(jì)算一般采用疊加模型，即總阻力（單位為Pa）由兩部分組成，即。管子表面引起的壓降平直套片引起的壓降A(chǔ)f翅片表面積，mAc翅片管束的最窄流通截面面積，mAc,b光管管束的最窄流通截面面積，mAb光管表面積，mgm.c基于Ac面積的質(zhì)量流速，kg/（mρa(bǔ)空氣密度kg/mfffbQ：總換熱熱量（w）A：總換熱面積（m2）：平均溫差（K）：熱傳導(dǎo)系數(shù)(W/(m*K)）cp：定壓比熱(J/(kg*K))μ：動(dòng)力黏滯系數(shù)(Pa*s)Pin：空氣進(jìn)口壓力（Pa）Pout：空氣出口壓力（Pa）Umax：最小截面處的速度（m/s）四.數(shù)據(jù)結(jié)果和分析速度l/d進(jìn)口平均溫度出口平均溫度出口表壓出口平均速度最小截面處風(fēng)速溫差壓差總換熱系數(shù)速度30.75300322.213-7.4003.0495.46322.2137.40043.09131300322.775-12.7543.1375.46022.77512.75443.3361.25300324.298-14.5603.1685.45724.29814.56043.3311.5300324.645-15.4503.2555.34824.64515.45044.2341.75300324.839-15.5173.3365.45824.83915.51745.0492300324.981-15.6123.4155.46124.98115.61245.78540.75300318.566-8.8984.0717.28018.5668.89849.60541300316.259-18.0834.1767.27816.25918.08349.9581.25300320.681-22.7734.2327.27320.68122.77349.3781.5300320.987-24.5104.3677.13020.98724.51050.3661.75300321.185-24.4734.4817.27621.18524.47351.2572300321.188-24.4244.6027.27821.18824.42451.99950.75300313.676-4.8245.1169.09813.6764.82454.1685130031