多孔介质模型在板翅式换热器数值模拟中的应用.pdf

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1、2012年第40卷第4期流体机械63文章编号：1005-o329(2o12)o4-0063—05多孔介质模型在板翅式换热器数值模拟中的应用朱冬生。毛玮’．蓝少健。张鸿声(1．华南理工大学化学与化工学院，传热强化与节能教育部重点实验室，广东广州510640；2．华东理工大学，上海200237)摘要：利用FLUENT软件中的多孔介质模型，对板翅式燃气热水器换热器芯体内流体的流动与传热进行三维数值模拟。计算分析了不同操作参数条件下，换热器芯体的流场分布特点，计算结果与热水器样机测试实验结果吻合，表明该模型的应用是

2、切实可行的。关键词：板翅式；芯体；多孑L介质；数值模拟中图分类号：TQ051．5文献标识码：Adoi：10．3969／j．issn．1005—0329．2012．04．015ApplicationofPorousMediaandDistributedResistanceModelinNumericalSimulationofPlate-finHeatExchangesZHUDong．sheng。一，MAOWei，LANShao-jian，ZHANGHong—sheng(1．TheKeyLabofEnhanc

3、edHeatTransferandEnergyConservation，SchoolofChemistryandChemicMEngineering，SouthChinaUniversityofTechnology，Guangzhou510640，China；2．EastChinaUniversityofScienceandTechnology，Shanghai200237，China)Abstract：ItWasdiscussedthattheapplicationofporousmediaanddist

4、ributedresistancemodelinnumericalsimulationofplate-finheatexchangerwhichwasusedinthegas-firedwaterheater．Theflowfielddistributioninthecorebodyoftheheatex-changerwereanalyzedunderdiferentoperatingp~ameters，andgoodagreememisobtainedbetweenthecomputedresultsa

5、ndtheexperimentsofthewaterheater，demonstratingthefeasibilityoftheporousmediaanddistributedresistancemode1．Keywords：plate-fin；corebody；porousmedia；numericalsimulation1引言中存在大量的换热管道和阻碍片，要模拟具有500根换热管和l0个阻碍片的换热器中的流动，板翅式换热器芯体结构复杂，存在隔板、翅片将需要1．5亿个网格单元，这大大超出了目前计等大量

6、的固体构件。在进行计算机模拟的时候，算机的计算能力J。为此，Patankar和Spalding将流体、固体划人同一个控制体，通过对守恒方程提出了多孔介质模型的方法-5J。之后，Sha等采及差分方法的修改来表现固体的影响。基于多孔用这种方法模拟了蒸汽发生器和核反应堆堆芯中介质模型的数值模拟方法就是这样的一种方法，流体的流动j，Karayannis等采用此方法模拟了它用体积穿透率即流体体积与整个控制体体积的换热器中的流动引，Prithiviraj和Andrews模拟比值表示固体构件对控制体内流体体积的影响，了三

7、维换热器中的流动j。用表面穿透率即流体表面与控制体表面的比值来本文通过FLUENT软件提供的多孑L介质模表示固体构件对控制体表面作用力的影响。型，对板翅式燃气热水器换热器芯体内流体的流这种方法在20世纪70年代被用于模拟换热动与传热进行三维数值模拟，可以很好地解决计器和核反应堆中流体的流动和传热问题。换热器算量庞大的问题。收稿日期：201l一10一l1基金项目：广东省经贸委项目：家电产业升级技术改造一节能环保型燃气热水器燃烧换热系统生产技术改造(2009440002030252)FLUIDMACHINERY

8、Vo1．40，No．4，2012C——内部阻力因子2模型建立常数c可以看成是沿着流动方向每一单位长度的损失系数，详细计算方法可见文献[11]。2．1物理模型能量方程。对于多孔介质流动，FLUENT仍本文考虑芯体结构的对称性，其几何模型取然解标准能量输运方程，只是修改了传导流量和一个水侧通道及其两侧半个烟气通道，如图1所过度项。在多孔介质中，传导流量使用有效传导示，纵向代表烟气流动方向，横向代表卫生用水流系数，过渡