热交换管道中温度场的数值模拟研究

热交换管道中温度场的数值模拟研究

近年来，热交换器因其高效节能、结构简单、使用寿命长等优点，成为了化工、电力、航空航天等领域中广泛采用的换热设备。其中，热交换管道是热交换器中的重要组成部分。在热交换管道中，流体流动与换热耦合作用，导致了管道内部温度场分布的复

杂性。因此，对管道中的温度场进行准确的数值模拟研究是十分

必要的。

热交换管道温度场的数值模拟研究已成为热流领域中的一个重

要研究方向。为了快速而准确地计算管道内部的温度场分布，研

究者们开发出了各种各样的计算方法和软件工具。本文将从数值

模拟的角度，对目前常用的一些热交换管道温度场计算方法进行

探讨。

一、有限体积法

有限体积法是目前常用的、对于复杂边界条件和流体运动问题

具有广泛适用性的一种数值计算方法。在热交换管道的温度场计

算中，有限体积法可以很好地解决流体运动与换热的耦合问题。

该方法将管道分成有限个体积，将微分方程转化为离散形式，然

后应用线性代数方法求解，得到各个节点的温度值。

在有限体积法中，如何选取节点和计算网格的大小是影响计算

精度的重要因素。如果节点密度不够，可能会导致计算精度下降。

而如果节点密度太高，则会造成计算量大、计算时间长等问题。

因此，选取节点的密度应该兼顾计算精度和计算效率的平衡。

二、有限元法

有限元法是一种广泛应用于结构力学、流体力学等领域的计算

方法。它基于能量原理和变分原理，将计算区域分成有限个子域，构成离散网格，然后离散化解。有限元法适用于各种边界条件、

不规则形状和非线性问题，是一种比有限差分法更高效、精确、

灵活的求解方法。

在热交换管道的温度场计算中，有限元法可以通过建立管道内

部的有限元模型，对管道中流体的温度分布进行计算。有限元法

比有限体积法更加精细，可以更好地处理管道内部的复杂结构和

不规则形状。但是，由于有限元法需要构建管道内部的有限元模型，因此对计算的先验知识和边界条件的准确性要求较高。

三、CFD方法

CFD（Computational Fluid Dynamics）方法是目前应用最广泛的、对热交换管道温度场进行计算的方法之一。CFD方法基于Navier-Stokes方程组和能量守恒方程，采用计算机数值方法求解

得到流场、温度场和热传递等物理量的分布，并为流体力学和热

传递的分析提供基础数据。

CFD方法的优点在于能够模拟各种不同的流体流动状态，包括

湍流、分离流和复杂流动等，并且具有较高的计算精度。在计算

过程中，可以对边界条件、流体物性和流场结构等进行灵活调整，可靠性比其他方法更高。

综上所述，有限体积法、有限元法和CFD方法都是现今热交

换管道温度场数值模拟研究中比较常用的方法。在具体应用时，

需要根据实际问题的具体情况来选择合适的方法，并结合相关实

验数据进行验证，以保证计算精度和实际应用的可行性。

冷热空气在方管内混合数值模拟

流动与传热数值计算 冷热空气在方管内混合数值模拟 姓名: 翟元彬 学号： 17105991 班级：热能10-2班

冷热空气在方管内混合数值模拟 摘要：利用fluent 软件的标准k-ε湍流模型，对方管内流体交汇处的流动与传热 , 进行了数值模拟。在该过程中，计算冷热空气在管道内流体的速度场、压力场和温度场等 。并将分析结果与现实需求进行比较，从中发现问题，并提出一些生产建议。 关键词： FLUENT 数值模拟 冷热空气 Numerical simulation of hot-cool air mixture in square tube Abstract : Based on the standard k-ε turbulence model of FLUENT software , we make the numerical simulation of the two flows of air mix in the square tube .In the process, we calculate the fluid velocity field, pressure field and temperature field. And, we compare the analysis with practical needs to find problems and make some suggestions. Key words: FLUENT Numerical Simulation Air mixture 一 、前言： FLUENT 软件的最大特点是具有专门几何模型制作软件Gambit 模块,并可以与CAD 连接使用,同时备有很多附加条件和附加方程添加接口，使用了目前较先进的离散技术和计算精度控制技术,如多层网格法、快速收敛准则以及光滑残差法等,数学模型的离散化和软件计算方法处理较为得当。实际应用中发现,该软件在模拟单相流动或进出口 同向或反向流动时，可以得到较好的模拟计算结果,且具有一定的计算精度 应用CFD 软件，能够在相对较短的设计周期内，较低的成本运行。模拟流动具体过程，如速度场、压力场和温度场等的时变特性等。CFD 技术已经成为不可缺少的设计手段。 冷热流体的混合在电厂中应用广泛，如炉膛漏风，省煤器漏风等。这些问题都与本篇说描述的模型相似。因此，本篇的模型及分析结果具有广泛的应用参考价值。 本文利用 Fluent 的超强数值计算和分析能力对管道内流体流动时的速度，压强温度进行了数值模拟和分析，为管道中的流体输送提供了可靠的理论依据。 二、数学模型的建立和分析 2.1数学模型的建立 管道中，流体在管内的流动属于湍流，简化方程管道内的流体流动满足质量守恒、动量守恒、能量守恒、状态方程等。 标准 k - ε湍流模型(湍动能 k ((1)方程)和耗散率ε((2)方程)，具体如下所示： M b k i i i Y G G x k x dt dk -+++??+?? =ρεσμμρ ])[( （1） K C G C G K C x k x dt d b K i t i 2 231)(])[(ερεσμμερεεε-++??+??= (2)

T型圆管中冷热流体混合过程的数值模拟

T型圆管中冷热流体混合过程的数值模拟 摘要：T型圆管结构有着广泛的应用，但在实际使用中往往出现热疲劳现象。现对T型圆管中冷热流体的混合过程进行CFD数值模拟，以得到流体混合后的温度场分布，为解决管壁热疲劳失效提供理论数据。 关键词：T型圆管；冷热流体混合；CFD数值模拟；温度场 1前言 当T型管主管和支管内流体的温度不相同并且当温度相差又很大，那么两种流体在主管支管交汇处就会发生强烈的相互掺混过程，这种掺混必然会产生热分层，而热分层现象是在浮升力以及自然对流的作用下在流体内部出现的一种现象，并且这种热分层现象的分界面并不是稳定不变的而是时刻处于一种波动的状态，在热传导和热对流的共同作用下流体和管壁要发生热交换，这种热交换也必定不是一种稳定的热量传导，势必会在T型管下游的壁面上产生相应的温度波动。本章对T型圆管中冷热流体的混合过程进行数值模拟，以得到冷热流体混合后的温度场变化，为解决管壁热疲劳失效提供理论数据。 2 模型建立和边界条件的确定 2.1 数学模型 本文所涉及的算例雷诺数较大，是湍流流态，那么在进行数值模拟的时候就需要采用湍流模型。其基本控制方程组包括连续性方程、动量方程以及能量方程，可表述成如下通用形式： （2-1） 时间导数项对流项扩散项源项 式中，为待求通用物理量，、为对应变量的输运系数及源项。 上述控制方程组进行雷诺时均处理将得到未知的二阶雷诺相关项，造成方程组不再封闭。 2.2 物理模型 模型以主管和支管交汇中心为坐标原点建立坐标系，主管流体方向为x方向，支管流体方向为y负方向，重力方向为y负方向。主管内径为20.96mm外径为26.7mm，长度取1m,支管内径为12.48mm外径为17.10mm,长度取0.5m;主管入口速度um为 1.45m/s，支管入口速度ub为2.6 m/s。主管入口速度是支管

三维换热器的FLUENT模拟

三维换热器的F L U E N T模拟集团文件发布号：（9816-UATWW-MWUB-WUNN-INNUL-DQQTY-

FLUENT软件模拟管壳式换热器壳程三维流场 我要打印 IE收藏放入公文包我要留言查看留言 摘要:基于各向异性多孔介质与分布阻力模型、修正k-ε模型和壁面函数法,对普通管壳式换热器壳程流体的流动与传热,利用FLUENT软件进行了三维数值模拟。计算了不同流体初速下,管壳式换热器壳程的速度场、温度场和压力场,计算结果与实际情况相符,得到了有参考价值的结论。 关键词:管壳式换热器数值模拟FLUENT 多孔介质分布阻力模型 数值模拟是换热器研究的一种重要手段。应用计算流体力学模拟管壳式换热器无相变壳程流场,由Patankar与Spalding在1974年最早提出[1]。但由于受到当时计算机与计算流体力学的条件限制,研究进展缓慢。20世纪80年代,由于核电厂换热设备的大型化、高参数化发展,促进了换热器数值模拟研究的开展[2,3]。关于国内外的换热器数值模拟研究,采用二维研究的较多,而在三维研究方面,又通常采用自己编程的方法[4,5]。利用FLUENT软件,模拟管壳式换热器壳程三维流场,本文进行了有益的探索。 FLUENT是世界领先、应用广泛的CFD软件,用于计算流体流动和传热问题。FLU-ENT软件是基于CFD软件群的思想,从用户需求的角度出发,针对各种复杂流动的物理现象,采用不同的离散格式和数值方法,使得特定领域内的计算速度、稳定性和精度等达到最佳组合,从而高效率地解决各个领域的复杂流动计算问题。 1 模拟模型 计算模型 管壳式换热器壳程流场数值计算,采用了多孔介质与分布阻力模型。由于换热器壳程结构复杂以及流动形态多样化,使得影响流体流动和传热的因素多,相对于管程而言,壳程流体的数值模拟复杂,特别是具有复杂折流板结构的情况,更为如此。对于普通折流板换热器,壳程流体时而垂直于管束,时而平行于管束,还有一部分流体从折流板与管子之间的间隙中泄漏,同时管内流体与管外流体的热交换耦合在一起,因此进行管壳式换热器壳程流场的数值模拟,需要采用多孔介质与分布阻力模型来简化计算。分布阻力是考虑换热管固体表面对流体流动所造成的动量损失。 根据多孔介质模型与分布阻力模型,可建立三维圆柱坐标系中流场与温度场的控制方程[6]。此外,还可建立控制方程组的边界条件:(1)换热器入口流体的焓值(温度);(2)壳程流体进口截面的速度分布;(3)壳体的热边界条件(一般处理为绝热);(4)换热器出口,一般可取局部单向化条件。 几何模型 几何模型采用普通管壳式换热器,单管程、单壳程和弓形折流板,其结构简图如图1所示,换热器的几何参数列表1。

温度场有限元计算的研究(1)

温度场有限元计算的研究（1） 温度场有限元计算的研究（1） 温度场有限元计算是一种常用的研究方法，通过对温度场进行数值模拟，可以预测和分析材料的温度分布和热传导行为。在工程领域中，温度 场有限元计算在热处理过程、电子元器件设计、建筑能耗分析等方面具有 广泛的应用。 温度场有限元计算的基本原理是将具体问题抽象为数学模型，并使用 有限元方法进行数值求解。具体而言，温度场有限元计算包括以下几个步骤：建立几何模型、划分网格、确定边界条件、建立求解方程、求解方程组、分析结果。 首先，建立几何模型是温度场有限元计算的基础。根据具体问题的几 何形状，可以建立相应的三维或二维模型，如直线、圆柱、矩形等。随后，将几何模型划分为有限个单元，每个单元用于近似表示整个模型。常用的 单元包括三角形单元、四边形单元等。 然后，确定边界条件是温度场有限元计算的重要一步。边界条件包括 温度边界条件和热流边界条件。温度边界条件是指在边界上给定的温度值，如固定温度、恒定流体温度等。热流边界条件是指在边界上给定的热流密度，如散热器边界、辐射边界等。 接下来，建立求解方程是温度场有限元计算的核心。常用的求解方程 包括热传导方程和边界条件方程。热传导方程描述了温度场的传热行为， 可以根据材料的热传导性质和几何模型的特征进行推导。边界条件方程则 根据具体问题的边界条件进行建立。

在建立求解方程后，进行方程组的求解。由于常规的求解方法通常难 以精确求解大规模的方程组，因此需要使用数值方法进行求解，如有限元法。有限元法将求解域分为有限个单元，每个单元内部采用多项式函数进 行近似，从而将原问题转化为离散的代数问题。 最后，进行结果分析。通过求解方程组得到的温度场数据可以进一步 分析，如计算平均温度、最大温度等。此外，还可以分析材料的温度分布 特征和热传导行为，为工程设计和优化提供参考。 综上所述，温度场有限元计算是一种有效的研究方法，能够预测和分 析温度场的变化规律和热传导行为。在实际应用中，温度场有限元计算可 以用于解决各种与温度相关的工程问题，为优化设计和节能减排提供支持。同时，随着计算机技术和数值算法的不断发展，温度场有限元计算方法也 将得到进一步的完善和应用。

热处理过程中温度场的数值模拟及分析

热处理过程中温度场的数值模拟及分析 热处理是一种常用的金属加工工艺，通过控制金属材料的加热与冷却过程，可 以改变金属材料的组织结构和性能。温度场是热处理过程中重要的参数之一，直接影响着金属材料的组织和性能的形成与变化。因此，准确地模拟和分析热处理过程中的温度场对于优化工艺、改善产品质量具有重要意义。 数值模拟是研究温度场的有效方法之一。它基于数学模型和计算方法，通过计 算机的数值计算来获得温度场的分布情况。在热处理过程中，温度场的分布受到多个因素的影响，如加热功率、材料热导率、热辐射、对流散热等。数值模拟通过建立数学模型，考虑这些因素，并进行相应的计算，可以得到较为准确的温度场分布。 首先，进行数值模拟需要选择适当的数学模型。在热处理过程中，常用的模型 有热传导方程、能量方程等。热传导方程是研究物体内部温度分布的基本方程，它考虑了热传导过程中的温度梯度对热流的影响。能量方程则是考虑了热源与物体之间的热交换过程，可以更全面地描述温度场的变化。 其次，进行数值模拟需要确定边界条件。边界条件是指在模拟过程中与外界接 触的部分，它对于温度场的分布起着重要的影响。常见的边界条件有热流、热辐射和对流散热等。热流边界条件是指物体表面受到的外部热量输入或输出，热辐射边界条件是指物体表面受到的辐射热量，而对流散热边界条件则是指物体与周围介质间的热交换。 然后，进行数值模拟需要进行网格剖分。网格剖分是将模拟区域分成小的单元，用于离散方程和计算。在温度场的数值模拟中，常用的网格剖分方法有结构化网格和非结构化网格。结构化网格是指将模拟区域划分为规则的矩形或立方体单元，易于计算和分析。非结构化网格则是将模拟区域划分为任意形状的单元，适用于复杂几何形状和不均匀材料性质的模拟。

试验室的研究方向

二、实验室的研究方向，主要研究内容，预期研究目标 2.1 实验室的研究方向 图1 实验室研究方向 2.2 主要研究内容 2.2.1 传热强化与高效节能装备 本方向主要围绕强化传热与高效节能中的关键科学问题，同时针对强化传热过程流动阻力（或功耗）增加等问题，以流场和温度场相互配合的思路提出传热强化新技术，获得一系列具有自主知识产权的强化传热新结构。 （1）换热器强化传热技术与CFD研究 本方向主要研究换热器内部强化传热机理；包括新结构新工艺的发明与工业应用。 应用对流换热强化的场协同理论，针对换热结构内单相层流与湍

流流动换热强化的问题，将改善边界层的流动状态、增加管壁的粗糙度、插入特殊的结构等方法相结合，设计新型传热结构，在提高传热效率的同时使得阻力增加不明显。研究变截面流道内流动、扩张-收缩流动与流体脉动的强化传热机理，分析流动中速度场与温度场的耦合情况，构建强化传热效应的评价准则，开发一系列的强化传热表面，进一步拓展强化传热技术的工业应用。 采用CFD技术对各类传热强化结构进行数值分析，建立其流动与传热的计算流动动力学模型，与实验相结合，通过分析整体与局部传热特性为开发新型高效换热结构提供理论依据。 （2）多相流与多尺度传热的研究 多相流动重点研究换热结构中沸腾冷凝的传热强化问题，以传热学、流体力学的基础理论为先导，通过开发新的传热结构提高沸腾冷凝传热系数，研究内部流动过程机理，考察结构尺寸、流动状态、操作条件、物性等对强化传热的影响规律，采用先进的测试手段获取内部速度场、温度场等关键参数，为开发新型高效结构换热器奠定理论基础。 采用宏微观分区、界面耦合的方法对几何尺度跨越几个数量级的传热现象进行研究，研究多尺度下传热与流动的特点与规律，结合分层模拟、逐次深化的思想对多尺度流动传热进行数值模拟，建立其分析预测模型。 （3）复合强化传热研究与高效换热装置研发 运用强化传热的理论与方法，将各种强化传热技术综合应用，发展复合强化传热技术；研究流体在换热器内的流动、传热、传质、沸腾传热，多相流的特点与规律，并结合各种优化分析方法进行各种新型高效换热器的研发设计与优化；运用计算流体动力学方法，建立换热器的数值模拟方法，预测其流场温度场分布规律，为改进设计，提高效率提供依据；重点面向能源、动力、石油化工等领域，重点开展

流体流动与传热的数值模拟研究

流体流动与传热的数值模拟研究 在工程领域中，流体流动和传热是两个重要的研究方向。传统的实验方法需要 耗费大量的时间和资源，而且往往无法获取全面的数据。因此，数值模拟成为了研究流体流动和传热的重要手段之一。 数值模拟是通过计算机模拟流体流动和传热过程，利用数学方法和计算方法求 解流体动力学和传热学的基本方程。它可以提供详细的流场和温度场的分布情况，从而为工程设计和优化提供依据。 在进行数值模拟研究时，首先需要建立数学模型。流体流动和传热的数学模型 一般基于质量守恒、动量守恒和能量守恒定律，通过对流体的运动和传热机制进行描述。常见的数学模型包括Navier-Stokes方程和能量方程等。 建立数学模型后，需要选择适当的数值方法进行求解。常用的数值方法包括有 限差分法、有限元法和有限体积法等。这些方法能够将连续的偏微分方程转化为离散的代数方程，并通过迭代求解得到数值解。 在进行数值模拟时，还需要确定边界条件和初始条件。边界条件是指流体流动 和传热过程中与外界相互作用的边界情况，如壁面温度和速度等。初始条件则是指流体流动和传热过程开始时的初始状态。 数值模拟研究的结果可以通过可视化的方式展示出来，如流线图、温度云图等。这些图像能够直观地展示出流体流动和传热的特性，有助于研究人员深入理解流体流动和传热的规律。 数值模拟在流体流动和传热研究中有着广泛的应用。例如，在航空航天领域中，数值模拟可以用于研究飞机的气动性能和热传导特性，从而提高飞行效率和安全性。在能源领域中，数值模拟可以用于优化燃烧过程，提高能源利用效率。在环境保护领域中，数值模拟可以用于模拟大气污染物的扩散和传输过程，为环境管理提供科学依据。

基于FLUENT的管壳式换热器数值模拟分析

基于FLUENT的管壳式换热器数值模拟分析 王文松; 刘霜 【期刊名称】《《管道技术与设备》》 【年(卷),期】2019(000)006 【总页数】3页(P30-31,55) 【关键词】管壳式换热器; FLUENT; 流场分析; 仿真模拟 【作者】王文松; 刘霜 【作者单位】成都理工大学工程技术学院四川乐山 614000 【正文语种】中文 【中图分类】TE8 0 引言 换热器是一种广泛应用于化工、动力等行业的工业设备。换热器能合理地调节工艺介质温度满足工艺流程的需求，也是余热、废热回收利用的有效装置[1]。对管壳 式换热器进行数值模拟分析，能有效提高换热器效率，对能源的高效利用十分重要。随着近年来计算机和计算流体力学(CFD)的发展，CFD在研发和设计的各个阶段，具有费用低、速度快、能重复模拟分析复杂工况的优点[2]。本文运用数值模拟的 方法，对换热器进行三维建模和有限元分析，分析出了换热器内部温度场、速度场等变化关系。 1 换热器模型的建立

1.1 控制方程 研究对象为内部流体流动和传热过程，满足文献[3]中三类控制方程：质量守恒方程(连续性方程)、动量守恒方程和能量守恒方程。 1.2 换热器参数及计算工况 本文中采用的换热器类型为壳管式换热器，为单壳程、单管程、单弓形折流板，换热器的长度为1 630 mm，壳体为Φ273×8 mm，换热管数40根，采用正三角形排列。计算工质为热水和空气。 1.3 边界条件 湍流效应对传热过程与流体流动有一定的影响，因此采用标准k-ε方程模型。Pressure Based隐式(Implicit)求解，压力和速度解耦选用SIMPLE算法,采用二阶迎风格式,稳态不可压缩求解。设置边界条件[4]，进口流速为1 m/s，进口温度为298 K，壁面温度为378 K。 1.4 Gambit模型建立及网格划分 应用Gambit建立模型和划分网格，网格划分优先使用六面体网格，不规则形状四面体网格。六面体网格质量好，且收敛速度快，四面体网格适应能力强，能够较好地填充复杂的几何形状[5]。建立的模型和划分的网格如图1所示。 (a)换热器模型图(b)换热器网格划分图1 模型建立及网格划分图 2 计算结果与分析 将划分好网格后导入FLUENT中，检查网格并设定其边界条件，设置入口流速、材料、边界条件等。最后对模型进行求解，得出结果。[6] 2.1 流动与传热分析 如图2所示，折流板后方温度较高,热量集中。图2中数值单位为K。流体在壳程内反复进行绕流，流动状态如图3所示。流体在入口处横向冲刷换热管，如图4所示。图3、图4中数值单位为m/s。换热管后方区域易形成涡街，换热管焊接头

烟气管道传热性能的数值模拟研究

烟气管道传热性能的数值模拟研究 随着环境保护意识的日益增强，空气污染问题也越来越受到重视。作为污染源 之一，烟气排放不仅对环境造成了严重影响，也给人们的生活带来了诸多危害。传热是烟气管道运行的重要参数之一，其性能的优化对于减少能源消耗和烟气排放至关重要。本文将对烟气管道传热性能进行数值模拟研究，并探讨如何优化这一过程，从而实现绿色环保的目标。 一、烟气管道传热原理 在燃煤、燃油、燃气等能源的燃烧过程中，产生大量的烟气，这些烟气需要通 过管道输送出去。在这个过程中，由于管道的存在，烟气会通过管道的壁面和传导传热到管道的外部，同时也会通过管道内部的对流传热实现热传递。管道内部和外部的烟气温度差越大，则管道传热越快。 二、数值模拟方法 为了定量地描述和分析管道传热过程，需要进行数值模拟。该方法可以在计算 机模拟中进行，通过电脑模拟来预测烟气传输的温度和流动，帮助我们设计管道的尺寸和结构，进一步优化传热过程。 数值模拟研究通常包括以下几个步骤： 1.模型建立：在计算机上建立一个具有几何形状和特定物理参数的模型，以模 拟管道的运行。 2.数学建模：通过物理规律和数学公式，将烟气流动和热传导过程进行数学建模。 3.求解方程：采用数值方法，通过计算机程序求解数学方程式，得到烟气温度 场和流场等重要参数。

4.结果分析：对计算结果进行分析和解释，得出相应结论和方法。 三、烟气管道传热性能的数值模拟研究 1.数值模型的建立 首先，需要建立烟气管道传热数值模型，包括烟气输送管道、管道壁面和管道 外部环境。建模时需考虑以下几个方面： （1）管道壁面的热传导特性，包括导热系数、热容和密度等参数。 （2）烟气输送管道内部的流动特性，包括质量流率、流速和流体压力等参数。 （3）烟气输送管道外围环境的温度变化和气流的影响等因素。 2.数学建模 在建立好数值模型后，需要对烟气在管道内部和外部的传热及流动过程建立数 学模型。在此过程中，我们需要考虑以下几个方面： （1）对流传热：考虑烟气在管道内部的流动和传热。根据流体力学原理，可 以采用雷诺平均法对流场进行数学建模。 （2）传导传热：研究烟气在管道壁面内部向周围的传热。通过改进的传热模型，可以获得管道实际传热性能的精确数据。 （3）边界条件：考虑烟气在管道内部和外部的边界条件，进一步确定计算的 误差范围。 经过以上步骤，我们可以得到精确的管道传热性能计算结果，并进一步优化管 道的结构和烟气输送方式等因素。 四、烟气管道传热性能优化

t型圆管中冷热流体混合过程的数值模拟

t型圆管中冷热流体混合过程的数值模拟 随着现代科学技术的发展，冷热流体混合过程应用在实际中越来越广泛，尤其是在工 业上，管道混合一直以来都是常见的应用方式。一般而言，圆管混合的研究是相对比较成 熟的，很多人已经做出了大量的研究。但是，圆管混合技术尚未完全得到充分利用，短处 突出，表现出较为复杂的传质结构，并横跨多个尺度，因此，关于圆管混合过程的理论研 究至今尚未取得决定性的进展。冷热混合过程的数值模拟技术的发展，为解决圆管混合传 质机理而提供了强有力的手段，特别是冷热混合下的传质特性研究。 冷热混合管中的传质机理，主要由强的温差和流量差引起的三个主要因素决定：传热 机理、流体动力学和化学反应机理。传热机理又分为温度传输和传热机制，温度传输涉及 温度在热传导中的传输，描述其传输特性，而传热机制针对混合物中不同温度由梯度传输 造成的混合程度，详细描述流体温度分布。流体动力学研究了流体运动机理，具体分析了 流体动态方程，包括流体压力在整个混合器中的演化及其边界条件以及空气动力学的影响。最后，特别是冷热混合过程中，描述各种反应机理，为分析化学反应过程提供依据。 冷热混合的研究，利用数值模拟技术，可以更好地体现混合流动的复杂性，模拟过程 更加精准。首先，混合器结构，掺杂流体性质及其动力学和核热物理参数在数值模拟中都 可以得到恰当考虑，而在经典实验方法中，这些参数可能会忽略。第二，冷热混合传质的 空间分布和时间变化，通过对混合器传质方程的实际求解，可以得到更加精确的模拟结果，而传统实验方法只能给出实验点近似的数据。最后，数值模拟可以更好地深入研究混合流 系统物理天然环境，推动更多跨学科的研究。 总之，冷热混合过程的数值模拟技术，对混合流系统物理性能研究具有重要意义，可 以准确模拟各种复杂的传质过程。因此，该技术在工程设计中应得到越来越多的重视及应用，提升冷热混合过程的各项性能。

温度场模拟在热处理中的应用研究

温度场模拟在热处理中的应用研究 热处理是一种常见的金属材料加工方法，通过控制材料的温度和时间来改变其 性能和微观结构。温度场模拟是研究热处理过程中温度变化规律的一种有效方法。本文将探讨温度场模拟在热处理中的应用和研究。 1. 温度场模拟的原理与方法 温度场模拟是基于传热学理论和数值模拟方法的研究手段。传热学理论通过热 传导方程描述了热量在材料中传递的规律，而数值模拟方法则是利用计算机对热传导方程进行求解。一般来说，温度场模拟可以分为两个步骤：建立数学模型和求解数学模型。 建立数学模型包括确定材料的热物性参数和边界条件。热物性参数包括材料的 热导率、比热容和密度等，而边界条件则是指材料与周围环境之间的热交换情况。确定了数学模型后，就可以通过数值方法求解热传导方程，得到材料温度分布随时间的变化规律。 2. 温度场模拟在热处理中的应用 （1）热处理工艺优化 温度是热处理工艺中的一个重要参数，对于材料的组织和性能有着重要的影响。通过温度场模拟，可以分析和预测不同温度下材料的相变行为和组织演变规律。基于这些分析和预测结果，可以优化热处理工艺参数，使得材料达到理想的性能。 例如，对于均匀化处理，通过温度场模拟可以确定加热温度和保温时间的最佳 组合，以实现材料晶粒的均匀细化。对于淬火处理，通过温度场模拟可以确定冷却介质的温度和速度，以控制材料的相变行为和硬化深度。通过温度场模拟，可以为热处理工艺的优化提供科学依据。 （2）残余应力预测

热处理过程中，材料内部会因温度变化而产生应力。温度场模拟可以模拟和预测材料内部的温度分布和应力分布。基于模拟结果，可以分析应力的来源和分布规律，并预测材料的残余应力状态。 残余应力是热处理过程中一个重要的问题。过高的残余应力可能导致材料的开裂和变形等问题，而过低的残余应力可能导致材料在使用过程中的失效。通过温度场模拟，可以对热处理过程中的应力进行准确预测，为材料性能和寿命的评估提供依据。 （3）热机械仿真 温度场模拟不仅可以模拟材料内部的温度变化，还可以模拟材料与外界的热交换。通过热机械仿真，可以模拟材料在热处理过程中的变形行为和应力分布。 热机械仿真可以为材料的成形和加工提供重要的参考。例如，对于锻造和深冲等工艺，材料在加热和冷却过程中会发生很大的温度和应力变化。通过温度场模拟和热机械仿真，可以模拟和预测材料在热处理过程中的变形行为和应力分布，为工艺参数的优化和模具设计的改进提供依据。 3. 温度场模拟的挑战和发展趋势 温度场模拟在热处理中的应用虽然取得了一定的成绩，但仍然存在一些挑战。首先，数学模型的建立和参数的确定需要大量的试验和实验数据。其次，数值模拟方法的求解过程需要消耗大量的计算资源。最后，模拟结果的准确性和可靠性需要通过实验证实。 随着计算机性能的提高和数值模拟方法的不断发展，温度场模拟在热处理中的应用也将得到进一步的发展。一方面，基于数据驱动的建模方法（如机器学习和深度学习）将成为温度场模拟的重要发展方向。另一方面，多物理场耦合、多尺度和多尺度的模拟方法将成为温度场模拟的研究热点。

热流的数值模拟及其应用

热流的数值模拟及其应用 随着计算机技术的不断发展，数值模拟已经成为了许多学科的重要组成部分，其中包括了热流的数值模拟。热流的数值模拟是一种通过计算机模拟热流现象的方法，可以帮助我们研究热流的运动规律、优化热交换器设计，提高能源利用效率，推动工业生产的发展。 一、数值模拟基础 在介绍热流的数值模拟之前，我们需要了解一些数值模拟的基础知识。数值模拟基于计算机算法和数学模型，通过离散化方法对研究对象进行离散化处理，将它们分为有限数量的离散单元或无限数量的连续单元。离散化后，可以用计算机算法模拟单元间关系或单元的数学方程，求解得到宏观、微观或质量方向上所感兴趣的参量。研究对象越接近实际情况，数学模型越复杂，数值模拟结果越接近实际结果。 二、热流的数学模型

热流现象是物质在温度差驱动下的热动力学运动，热力学运动导致物质间热量的传递。热流的数学模型可以通过导热方程、对流方程以及能量守恒定律来描述，这些方程都是由物质的热力学性质、温度分布、热边界条件等决定的。 在对流热流问题中，需要考虑流体的流动，因此 Navier-Stokes 方程也需要引入到数学模型中，同时可能涉及能量方程中的雾化模型、湍流模型等。这些方程都形成了热流的主要数学模型。 三、热流数值模拟方法 有多种热流数值模拟方法，这里主要介绍两种方法：有限差分法和有限元法。 有限差分法 有限差分法是一种以差分代替微分来求偏微分方程数值解的方法。如同用差分代替导数可以得到导数值近似一样，用差分代替偏导数会得到偏导数值近似。通过对物理场的网格离散化，用近似的差分算法求解离散的量。

有限元法 有限元法是以解偏微分方程为目的的数学方法和计算机算法，它通常用于对机械、电磁学和流体力学问题进行数值模拟，并可以在物理上很好地描述材料的行为。它的基本思想是将整个解空间分解为有限个子空间，建立每一个子空间上的逼近函数，这些子空间的连续逼近将与实际解中的典型特征相匹配，求解子空间的离散问题，然后通过组合求解得到问题的解。有限元法不光能处理复杂几何体的模拟，还能进行分类和优化控制。 四、热流数值模拟的应用 热流数值模拟具有广泛的应用范围，可以用于许多领域，如航空航天、核工程、加工制造、工业节能等等。下面主要介绍热交换器优化设计、电子器件散热与温度场分析以及火山喷发预测三个方面的应用。 热交换器优化设计

发动机叶片流道内辐射换热的数值计算

发动机叶片流道内辐射换热的数值计算 摘要：本文旨在研究发动机叶片流道内的辐射换热。首先，我们介绍了叶片流道的工作原理，并解释了为什么辐射换热对这种情况特别重要。随后，我们利用数值计算的方法对叶片流道进行了模拟，以估算叶片流道内的温度和叶片表面的辐射换热系数。最后，我们采用实验方法来验证我们的数值模拟结果。 关键词：发动机叶片流道，辐射换热，数值计算，模拟，实验 正文：发动机叶片流道是一种常见的热交换器，用于提高发动机叶片的冷却效果。因此，研究叶片流道内辐射换热的特性十分重要。在本文中，我们基于热力学的基础理论，利用数值模拟的方法估算叶片流道内的温度场特性及辐射换热系数。我们考虑不同大小的叶片流道，包括垂直、水平和斜翼叶片流道。进一步，为了验证模拟结果的正确性，我们还进行了实验，以评估叶片流道内辐射换热的热流密度。本文的研究结果可以为研究叶片流道辐射换热的工程设计提供有价值的技术指导。应用叶片流道的辐射换热的研究结果，可以提供有价值的技术指导，为工程设计提供参考。在实际应用中，可以将辐射换热系数的估算和实验结果的验证结合起来，以指导发动机叶片流道的设计。比如，开发者可以根据模拟结果来重新设计叶片流道，以获得更好的散热效果。此外，我们还可以利用辐射换热来改善机械装置的性能，例如提高发动机叶片的最佳转速。 此外，本文的研究结果还可以帮助散热工程师提高叶片流道的散热效率，以减少散热装置的尺寸和体积。如果叶片流道内的温度越高，即使尺寸较小，也可以作出较好的散热效果。因此，

本文提供了一种理论和实验方法，可以有效地改善发动机叶片流道的性能。此外，研究叶片流道的辐射换热还可以有助于优化气动特性。例如，对于某些飞行器而言，发动机叶片的散热能力是十分重要的，因为这直接关系到飞机的安全性和性能。采用高效辐射换热方法可以有效地保障叶片流道运行安全，从而提高飞机的转速和性能。另外，我们也可以利用辐射换热技术来减少热损失，从而降低维护成本。 此外，研究辐射换热对新型叶片流道的设计也非常重要。在已有叶片流道中，流道中存在大量热源和热损耗点，可能会影响叶片流道的最佳性能，因此，以最小的损失完成叶片流道的设计就变得尤为重要。本文的研究结果将有助于开发者在设计新型叶片流道时考虑到辐射换热，从而提高叶片流道的性能并改进叶片流道的散热效率。在辐射换热研究方面，本文提出了建立数学模型来计算叶片流道中辐射换热的估算值，以指导叶片流道的设计。在实验中，我们还采用高速摄影技术，测量了叶片流道中的温度分布，并与模型预测值进行了比较，证明了我们的估算方法的可靠性和有效性。 此外，结合本文的研究结果，我们还可以建立起仿真模型，来预测叶片流道的散热性能。通过分析不同的叶片流道设计，开发者可以根据热能输入和输出情况来优化叶片流道的设计，从而最大程度地提高叶片流道的散热效率。 总之，本文探讨了叶片流道中辐射换热的机理，并提出了一种估算辐射换热系数的模型和测量方法，以指导叶片流道的设计。此外，本文还讨论了仿真模型，可以根据输入输出叶片流道的

热处理过程流场-温度场-组织场-应力场耦合模拟研究

热处理过程流场-温度场-组织场-应力场耦合模拟研究 摘要：本文研究了热处理过程中流场、温度场、组织场和应力场之间的耦合关系。采用了ANSYS Fluent和ABAQUS有限元软件对工件进行了流场和热力学分析，并利用ABAQUS进行了热-组织-应力场耦合分析。通过分析结果，得出了热处理工艺参数对工件性能的影响规律，为工件热处理过程中的优化设计提供了理论依据。 关键词：热处理；流场；温度场；组织场；应力场；耦合分析 正文： 1. 引言 热处理是一种常用的工艺方法，它通过在一定的温度条件下改变材料的组织结构，从而使材料的力学性能得到提高。在热处理过程中，流场、温度场、组织场和应力场之间存在着复杂的耦合关系，如何对这些场进行耦合分析，是优化热处理工艺设计的关键之一。 本文采用了ANSYS Fluent和ABAQUS有限元软件对工件进行了流场和热力学分析，并利用ABAQUS进行了热-组织-应力场耦合分析。通过分析结果，得出了热处理工艺参数对工件性能的影响规律，为工件热处理过程中的优化设计提供了理论依据。 2. 流场分析

热处理过程中，加热炉内气流的速度分布对工件表面的热传递有着重要的影响。本文采用ANSYS Fluent软件对加热炉内气 流进行了数值模拟，得到了炉内气流的速度场分布图。图1为炉内气流的速度场分布图。 （插入图1） 从图1可以看出，炉内气流的速度呈现出较大的不均匀性，气流速度较高的区域主要集中在加热炉内部的两侧，而中央区域的气流速度较低。 3. 温度场分析 在热处理过程中，工件表面的温度分布对工件组织结构的形成以及机械性能的提高都有着重要的影响。本文采用ANSYS Fluent软件对工件表面温度进行了数值模拟，得到了加热炉内 的温度场分布图。图2为炉内温度场分布图。 （插入图2） 从图2可以看出，工件表面的温度分布呈现出明显的不均匀性。整个工件表面温度的分布范围较大，在工件的上下部位温度较高，在中央区域温度较低。 4. 组织场分析 在热处理过程中，材料的组织结构是影响材料力学性能的重要

盘管换热的数值模拟

盘管换热的数值模拟 杨晶;张翠婷;杨林;代曙光 【摘要】应用CAD建立盘管换热模型.利用流体计算软件FLUENT对盘管换热后容器内部的温度场、速度场、压力场进行仿真计算模拟.从改变容器的入口速度、盘管的入口速度、容器容积的大小与容器入口温度等初始条件的角度进行数值计算分析.通过计算分析可知:盘管的进出口温差随着容器的入口速度的增大平稳上升；盘管的进出口温差随着盘管入口的速度的增大先缓慢下降,再平稳上升,依照此规律逐渐变化.上述计算结果,可为以后有关盘管换热问题的计算具有指导意 义.%Application of CAD coil heat transfer model is establish. Fluid calculation software FLUENT heat to coil after the temperature inside the container field; velocity field; pressure field simulation calculation simulation are used. The container from change speed is entranced, Coil's inlet velocity, container volume with the size of the containers such as the inlet temperature initial conditions the Angle of numerical analysis are through calculated and analysed known. Coil's import and export temperature difference with the increase of the inlet velocity of container is rised steadily. Coil's import and export temperature difference with the coil the speed of increase of entrance first slow drop,then rose steadily,in accordance with this law changes gradually. The calculation results,for the coil is changed to the calculation of significance. 【期刊名称】《科学技术与工程》 【年(卷),期】2011(011)031

天然气水合物管道螺旋流动与传热数值模拟

天然气水合物管道螺旋流动与传热数值模拟 梁俊;饶永超;王树立;闫朔;葛昊;蔡跃跃 【摘要】In order to make further research on the spiral suspended flow law of natural gas hydrate particle transportation system in gas transportation pipelines,a three-dimensional round tube spiral flow model is established, and the RNG k- εturbulent model and the DPM model are used to conduct the numerical simulation of three-dimensional transient on the gas-solid two-phase spiral flow and heat transfer in natural gas pipelines.The velocity field,temperature field,volume fraction distribution law and heat transfer law of distribution of hydrate particles of different cross sections in natural gas pipelines are mainly studied. Through numerical simulation calculation, it is shown that the spiral flow has stronger particle carrying capacity, which has good effects on enhancing the heat transfer between hy-drate particles and the prevention and treatment of hydrate blockage in gas transportation pipelines and provides theoretical guidance on transportation safety of gas transportation pipelines.%为了对输气管道中天然气水合物颗粒输送体系的螺旋悬浮流动规律做进一步研究,通过建立圆管螺旋流的三维模型,采用RNG k-ε湍流模型和DPM模型对天然气管道内的气固两相螺旋流动和传热进行三维瞬态的数值模拟,主要研究了天然气管道内不同横截面的速度场、温度场、水合物颗粒体积分数分布规律以及传热规律.数值模拟计算表明,螺旋流具有较强的颗粒携带能力,对增强水合物颗粒之间的传热、防治输气管道中水合物堵塞有较好的效果.该研究结果可为输气管道的安全输送提供理论指导.

钢轨火焰热处理温度场数值模拟-文档资料

钢轨火焰热处理温度场数值模拟 Numerical simulation on temperature field of rail with flame heat treatment QU Yuebo 1,2, HE Ping’an3, CAI Zhipeng1, ZHAO Haiyan1, PAN Jiluan1 (1. Dept. of Mech. Eng., Tsinghua Univ., Beijing 100084, China; 2. School of Mech. Eng., Xiangtan Univ., Xiangtan Hunan 411105, China; 3. School of Material Sci. & Eng., Henan Polytechnic Univ., Jiaozuo Henan 454000, China) : To make the rail joints reach the specified temperature and rational uniform temperature field while performing flame heat treatment on rail, a 3D finite element model of PD3 rail is built with Abaqus. The temperature field of the rail is simulated by changing the heat flux density of heat flame model, and the law of influence of the special,shaped rail structure on the rail temperature field is obtained. The result indicates that, if the heat flame model with uniform heat flux density is