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:
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 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: |
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