FLUENT保温方式对换热器影响模拟
正文共：1109字10图预计阅读时间：3分钟1前言今天，我们讨论一个现场实际问题。在SOFC系统集成时，高温板式换热器在保温上可能存在如下两者情况。第一种是直接对换热器单体进行保温绝热，此时保温材料与换热器外表面接触；另一种是采用一个“热箱”将换热器装在里面，此时保温材料与换热器外表面直接存在一个空气层。这两种工况下，换热器的工作表现会是怎么样的呢？对于前者，是非常传统的保温做法；而对于后者，由于空气层的存在，保温效果的评价会显得很复杂，假设空气层各处温度均匀，即不会形成密闭空间的自然对流，那么空气层自身就成为了理想的保温材料。但是，空气层各处温度均匀是不可能的，则极有可能会产生自然对流，那么空气层的等效导热系数可能就大于外部的保温材料。另外，这个空气层实际上不太可能是封闭空间，因此会存在漏热的问题。总之，这个问题从正向分析其实很难获得一个明确的结论。我们用一个简化的换热器模型做一下简单的模拟。2建模与网格创建如下的两个三维模型，其中一个包含了空气层，换热器我们用2个矩形流道简化，实际情况可能有几十甚至上百个流道，而且流道存在数量巨大的波纹结构，因此完全地模拟这个问题看起来似乎是不可能的，至少对于绝大多数用户而言是不可能的。划分六面体结构化网格。3边界条件与求解设置分别设置一下冷侧和热侧的介质热物性参数。保温材料物性参数如下。对于空气层，要考虑自然对流，我们采用不可压缩理想气体模型，由于空气层的密度变化范围未知，因此采用Boussinesq假设不太合适，而且有可能密度变化范围超出Boussinesq假设的使用条件。但是，不可压缩理想气体模型的收敛性不太好，对于密闭空间，稳态计算可能无法收敛，需要用瞬态计算。另外，假设保温结构可以做到封闭，则需要考虑空气的可压缩性了，即温度上升，压力也要上升。热侧入口边界条件设置如下，采用换热器的流道参数。冷侧入口边界条件设置如下，采用换热器的流道参数。有空气层时，我们考虑自然对流和辐射换热，重力方向与换热器安装方向一致，辐射换热采用S2S模型，各辐射表面的内部发射率均考虑为1。4计算结果有空气层和无空气层，传热计算结果分别如下，似乎看起来空气层的存在提高了热侧的功率，同时也增热损失。这显然和换热器的设计计算理念是矛盾的，换热器在设计时按绝热考虑，热损失增加，则其设计裕量是减小的。为什么会得出上述的结果呢，我们看一下温度分布，可以看出空气层的存在使得换热器的外表面都处在较高的温度，对于冷侧流道的外表面起到热输入的作用，特别我们用的是矩形流道，内部传热系数是较小的，综合表现就是空气层辅助了换热器的传热功能，从这一点分析，看起来也似乎是合理的。至于实际情况如何，我们在后续的实际测试中将得到结论。来源：仿真与工程
