FLUENT内置换热器模型应用指导 heat exchanger

FLUENT 内置换热器模型应用指导

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摘  要：

本指导书介绍了FLUENT 换热器模型 (Heat Exchanger) 的基本分类和它们的应用限制。通过一个 简单的例子说明了换热器模型应用的基本流程。而实际情况下，换热器模型复杂，FLUENT 自带的换 热器模型已经满足不了我们的实际需求。因此通过阅读大量文献，找到相应的传热关联式，讲解了有 相变换热器计算的基本流程。最后通过 UDF，模拟了新风一体机的冷凝器。计算结果和用 CoilDesigner 模拟的结果一致性较好。

关键词：

CFD  换热器 效能-传热单元数法

缩略词解释

CFD： HTC： ε-NTU：

UDF： SEM:

计算流体力学

传热系数

效能-传热单元数

用户自定义程序

simple-effectiveness-model

一. 基本介绍

在以往对空调机组进行 CFD 计算的时候，仅仅计算了速度场，而温度场几乎没有涉及到。由于制 冷剂在换热器中会有两相状态，铜管各个地方的换热能力不一样，这就增加了计算温度场的难度。本 指导就是在这样的背景下，利用CFD 软件 FLUENT 的换热器模型，通过 UDF 实现换热器的计算。

二. 适用范围

由于 FLUENT 软件本身的限制，  目前本指导仅适用于冷凝器的计算。然而如果抛开 FLUENT ，通 过本指导的基本原理可以自己编写程序计算冷凝器和蒸发器。不过总得来说工作量很大和繁琐，并不 推荐这样的方式，用商业软件 CoilDesigner 和 EVAP-COND 可以完全替代。

三. FLUENT换热器模型的基本概念

1 、 FLUENT计算换热器的基本思路

FLUENT计算换热器的基本思路就是把每跟铜管分成若干份，比如10份。然后根据制冷剂入口的状 态 (温度、压力、干度、流量等) 逐份计算每跟铜管的换热情况。上一份铜管的出口状态作为下一份 铜管的入口状态。

2 、FLUENT换热器模型的分类

FLUENT共分ungrouped macro 、grouped macro和dual cell三种模型。其中dual cell模型是在FLUENT 的新版本中才出现。

2. 1 、ungrouped macro模型

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Ungrouped macro模型通常用在铜管布置较简单的换热器中，比如单排盘管。

2.2 、grouped macro模型

Grouped macro模型则大大扩展了FLUENT的应用范围，适用于多排盘管的计算。我们设计的换热 器基本都要用到这个模型。

2.3 、dual cell模型

Dual cell模型是在最新的FLUENT版本中才出现的。这个模型适用于网格不好划分的模型。

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3 、 FLUENT换热器模型的计算方法

共分两种计算方法：SEM和NTU 。其中SEM方法就是给定空气流过铜管后的温度上升比例，和 ε

是一个意思，  ε 的定义如下：

t       t

t     t

其中：tin,a :铜管前的空气温度 tout,a :空气流过铜管后的温度

tin,r :制冷剂入口温度   tout,r :制冷剂出口温度

这样我们通过制冷剂和空气的入口状态就能算出换热量和它们的出口状态了。

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NTU方法则是给定一定制冷剂和空气流量下的换热量。由于换热器中制冷剂会发生相变，虽然各处 流量一样，但是换热量却是不同的。因此NTU方法不适用于蒸发器和冷凝器的计算。需要注意的是后面还会提到NTU，它们的意思不一样。这个地方的NTU仅仅代表FLUENT算换热器的一种方法。

SEM和NTU方法有它们各自的应用局限性。和我们关系最大的就是SEM由于提供了一个UDF接口，使 得我们可以通过自己编写程序模拟有相变的计算，而NTU则几乎无法实现。