張志鑫開題報告

1、基于基于CFD的的變結(jié)構(gòu)熱交換變結(jié)構(gòu)熱交換器內(nèi)三維流場器內(nèi)三維流場數(shù)值模擬數(shù)值模擬 導師：導師：李旭東教授李旭東教授 學生：學生：張志鑫張志鑫1課題意義及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀課題意義及國內(nèi)外研究現(xiàn)狀2研究目標研究目標、研究內(nèi)容和擬解決的關(guān)鍵性問題研究內(nèi)容和擬解決的關(guān)鍵性問題3擬采取的研究方法、技術(shù)路線、實驗方案擬采取的研究方法、技術(shù)路線、實驗方案4與本課題有關(guān)的工作積累、已有的研究工作成績與本課題有關(guān)的工作積累、已有的研究工作成績5計劃進度計劃進度一、研究背景及意義v熱交換器是一種利用流體進行熱熱交換器是一種利用流體進行熱交流的設(shè)備，像這類設(shè)備里面大交流的設(shè)備，像這類設(shè)備里面大部分都會有兩種或者兩種

2、以上的部分都會有兩種或者兩種以上的不同溫度流體進行傳熱。不同溫度流體進行傳熱。v在工業(yè)生產(chǎn)里面熱交換器的使用在工業(yè)生產(chǎn)里面熱交換器的使用是非常多的。比如說在動力工業(yè)是非常多的。比如說在動力工業(yè)里面使用的鍋爐裝置的過熱器，里面使用的鍋爐裝置的過熱器，空氣預熱器等；以及航空工業(yè)中空氣預熱器等；以及航空工業(yè)中使用的熱交換器，可以及時地把使用的熱交換器，可以及時地把發(fā)動機以及輔助裝置在使用的時發(fā)動機以及輔助裝置在使用的時候出現(xiàn)的熱量取出來，是非常重候出現(xiàn)的熱量取出來，是非常重要的一個部件。要的一個部件。變結(jié)構(gòu)的意義v廣義地說，在控制過程（瞬態(tài)過程）中，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（模型）可發(fā)生變化的系統(tǒng)，叫變結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。v

3、變結(jié)構(gòu)相對于固定結(jié)構(gòu)在模擬中具有更高的難度。變結(jié)構(gòu)更加貼近實際情況，而固定結(jié)構(gòu)是研究變結(jié)構(gòu)問題的基礎(chǔ)?；谡n題組已經(jīng)掌握熱交換器三維固定流場的仿真模擬，所以本次計算機實驗將會轉(zhuǎn)向熱交換器三維變結(jié)構(gòu)流場的仿真模擬。 本課題需要利用本課題需要利用CFD軟軟件件中常用的標準中常用的標準k-湍流湍流模型的原理和應(yīng)用，舉模型的原理和應(yīng)用，舉例說明例說明CFD軟件軟件在在如右如右圖圖1所示類型的熱交換所示類型的熱交換器器內(nèi)的三維內(nèi)的三維變結(jié)構(gòu)流場意變結(jié)構(gòu)流場意義上義上流動與換熱分析中流動與換熱分析中的應(yīng)用。的應(yīng)用。 在在CFD軟件的前處理軟件中建立三維的變結(jié)構(gòu)流場模軟件的前處理軟件中建立三維的變結(jié)構(gòu)流場模

4、型，進行合適的網(wǎng)格劃分。型，進行合適的網(wǎng)格劃分。 在在CFD軟件中設(shè)置可能要使用的載荷參數(shù)來賦予模型軟件中設(shè)置可能要使用的載荷參數(shù)來賦予模型變結(jié)構(gòu)流場的意義，然后變結(jié)構(gòu)流場的意義，然后運用運用其其中的標準中的標準k-湍流模型進湍流模型進行計算，對行計算，對熱交換熱交換器內(nèi)部的三維流場進行分析，期望捕捉器內(nèi)部的三維流場進行分析，期望捕捉到到熱交換器熱交換器內(nèi)部內(nèi)部變結(jié)構(gòu)變結(jié)構(gòu)流場的一些規(guī)律性的東西，流場的一些規(guī)律性的東西，并并反映反映熱交換熱交換器內(nèi)部的溫度場和速度梯度，器內(nèi)部的溫度場和速度梯度，從而從而對對熱交換熱交換器的設(shè)器的設(shè)計和改進能有一定的指導意義。計和改進能有一定的指導意義。國內(nèi)外研

5、究現(xiàn)狀v但在熱交換器三維的變結(jié)構(gòu)流場的仿真模擬方面，國內(nèi)還少有人探索。所以本課題組在繼承了熱交換器三維的固定結(jié)構(gòu)流場的仿真模擬下，進行變結(jié)構(gòu)流場的模擬研究，期望能夠成功模擬出它的溫度分布規(guī)律和速度梯度的規(guī)律。研究目標 v通過通過CFD前處理軟件前處理軟件建立基于建立基于變結(jié)構(gòu)三維流變結(jié)構(gòu)三維流場熱交換場熱交換器的數(shù)值模型，然后在器的數(shù)值模型，然后在CFD軟件軟件中中計算以得計算以得到熱交換到熱交換器器變結(jié)構(gòu)三維變結(jié)構(gòu)三維流場的溫度流場的溫度分布圖，速度分布圖，速度矢量矢量圖，還能得到溫度變化曲圖，還能得到溫度變化曲線，速度變化曲線。線，速度變化曲線。研究內(nèi)容 v三維變結(jié)構(gòu)流場的熱交換器三維變結(jié)

6、構(gòu)流場的熱交換器模型通過模型通過CFD前處理軟件前處理軟件的網(wǎng)格劃分，的網(wǎng)格劃分，CFD軟件軟件的計的計算后得到溫度分布圖，速度算后得到溫度分布圖，速度矢量矢量圖圖。然后可。然后可以跟固定結(jié)構(gòu)流場的模擬結(jié)果進行對比，從以跟固定結(jié)構(gòu)流場的模擬結(jié)果進行對比，從而既能夠掌握變結(jié)構(gòu)流場模型的計算方法和而既能夠掌握變結(jié)構(gòu)流場模型的計算方法和技術(shù)，又能通過對比技術(shù)，又能通過對比得到實驗想要的一些規(guī)得到實驗想要的一些規(guī)律，以期對律，以期對熱交換熱交換器的改進設(shè)計能有一定的器的改進設(shè)計能有一定的指導意義。指導意義。擬解決的關(guān)鍵問題 v(1)三維變結(jié)構(gòu)流場模型的建立和設(shè)置三維變結(jié)構(gòu)流場模型的建立和設(shè)置；v(2)

7、網(wǎng)格的有效性；網(wǎng)格的有效性；v (3)邊界條件的正確設(shè)置；邊界條件的正確設(shè)置；v(4)CFD軟件軟件中求解參數(shù)的正確設(shè)置中求解參數(shù)的正確設(shè)置擬采取的研究方法、技術(shù)路線、試驗擬采取的研究方法、技術(shù)路線、試驗方案及其可行性分析方案及其可行性分析可行性分析可行性分析試驗方案試驗方案技術(shù)路線技術(shù)路線方法方法可行性分析可行性分析試驗方案試驗方案技術(shù)路線技術(shù)路線方法方法 研究方法研究方法 在三維固定結(jié)構(gòu)流場模型的基礎(chǔ)上在三維固定結(jié)構(gòu)流場模型的基礎(chǔ)上通過通過CFDCFD前處理軟件前處理軟件建立建立熱交換器的變結(jié)構(gòu)流場熱交換器的變結(jié)構(gòu)流場模型，分別模型，分別在在CFDCFD軟件中軟件中進行計算進行計算求解求解

8、得到得到流場流場溫度分布圖，速度溫度分布圖，速度矢量矢量圖或者曲線。然圖或者曲線。然后后跟固定流場模型的計算結(jié)果跟固定流場模型的計算結(jié)果進行對比，從進行對比，從而找到規(guī)律性的東西而找到規(guī)律性的東西。技術(shù)路線技術(shù)路線（1 1）通過）通過CFDCFD前處理軟件前處理軟件建立建立熱交熱交換器的三維變結(jié)構(gòu)流場換器的三維變結(jié)構(gòu)流場模型，模型，設(shè)置設(shè)置正確的邊界條件并正確的邊界條件并劃分網(wǎng)格劃分網(wǎng)格（2 2）在）在CFDCFD軟件軟件中設(shè)置參數(shù)并迭代中設(shè)置參數(shù)并迭代計算計算（3 3）CFDCFD軟件軟件中后處理得到溫度中后處理得到溫度分分布圖布圖以及速度以及速度矢量矢量圖和曲線圖和曲線計算機實驗方案計算機

9、實驗方案 (1)(1)通過掌握固定結(jié)構(gòu)三維流場模通過掌握固定結(jié)構(gòu)三維流場模型建立以及計算的方法技術(shù)，逐步探型建立以及計算的方法技術(shù)，逐步探索并正確建立三維變結(jié)構(gòu)流場模型索并正確建立三維變結(jié)構(gòu)流場模型 (2) (2)在在CFDCFD軟件軟件中設(shè)置中設(shè)置各項各項參數(shù)進行參數(shù)進行迭代計算直至收斂。迭代計算直至收斂。 (3) (3)后處理中將得到的后處理中將得到的變結(jié)構(gòu)流場變結(jié)構(gòu)流場的的溫度分布圖，速度溫度分布圖，速度矢量矢量圖圖和固定結(jié)和固定結(jié)構(gòu)流場模型的計算結(jié)果構(gòu)流場模型的計算結(jié)果進行比較，最進行比較，最后得出相應(yīng)的結(jié)論。后得出相應(yīng)的結(jié)論。 此次課題主要的難點在于三維此次課題主要的難點在于三維變結(jié)構(gòu)流場模型的建立以及其網(wǎng)格變結(jié)構(gòu)流場模型的建立以及其網(wǎng)格劃分，還有其是否能夠順利迭代計劃分，還有其是否能夠順利迭代計算直至收斂。算直至收斂。 但基于課題組積累的關(guān)于但基于課題組積累的關(guān)于CFDCFD軟軟件模擬這方面的成績和經(jīng)驗，指導件模擬這方面的成績和經(jīng)驗，指導老師李旭東教授和我們課題組都有老師李旭東教授和我們課題組都有這個信心，能夠成功建立其模型，這個信心，能夠成功建立其模型，并能順利求解得到模擬結(jié)果。并能順利求解得到模擬結(jié)果。已有的研究工作成績已有的研究工作成績繼承了師兄們在前面做的三