[發明專利]一種基于CFD的螺旋波紋管結構優化設計方法

在審

• 申請號: 202110018016.5
• 申請日: 2021-01-07
• 公開（公告）號: CN112580246A
• 公開（公告）日: 2021-03-30
• 發明（設計）人: 謝晶;朱生林;王金鋒;滕文強;黃詩洋
• 申請（專利權）人: 上海海洋大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/28;G06F30/17;G06F113/08;G06F119/14
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一種基于CFD的螺旋波紋管結構優化設計方法，包括：1）通過閱讀文獻和參考波紋管的設計，確定帶縱向凹槽螺旋波紋套管模型尺寸；2）在ANSYS軟件中的DesignModeler模塊中建立帶螺旋波紋套管的三維模型,并導出agdb File格式文件；3）使用ANSYS軟件中mesh模塊對套管模型進行非結構化四面體的劃分，并檢驗網格的無關性；4）把網格導入ANSYS軟件中fluent模塊，確定物理模型，設置材料參數，工況及邊界條件；5）對模型進行數值模擬計算，并保存數據；6）將計算結果導入ANSYS軟件中的CFD?post模塊中進行后處理；7）根據計算結果，調整縱向凹槽數再次進行建模計算；8）對帶不同凹槽數的螺旋波紋套管的綜合性能進行分析對比；9）根據綜合性能評價指標選定最佳縱向凹槽數。本發明能夠有效的能夠解決傳統經驗公式和實驗局限性大、展現問題不夠直觀的問題，能夠解決傳統實驗耗時長、成本高的問題，為高效套管式換熱器設計及優化螺旋波紋套管提供參考。

技術領域

本發明涉及管內沸騰強化傳熱研究領域，具體涉及一種基于CFD的螺旋波紋管結構優化設計方法。

背景技術

波紋管在強化管中是非常具有代表性且具有顯著的強化傳熱效果的一種強化管，在管內增加螺旋波紋可強化套管內傳熱，但是也會使壓降提高，因此在螺旋波紋中增加縱向凹槽達到降低壓降目的，但是增加的凹槽數量需要通過比較強化傳熱效果和壓降選擇最佳的凹槽數量，但是由于管道加工復雜且成本較高，傳統實驗很難觀察到凹槽結構對管內制冷劑流動沸騰的影響，因此需要通過一種CFD數值模擬方法對螺旋波紋管套管管內R32流動沸騰進行模擬，能夠解決傳統經驗公式和實驗局限性大、展現問題不夠直觀的問題，能夠解決傳統實驗耗時長、成本高的問題，為高效套管式換熱器設計及優化螺旋波紋套管提供參考。

發明內容

本發明的目的在于，提供一種基于CFD的螺旋波紋管結構優化設計方法，為可解決波紋結構對套管內壓降增加的問題，達到強化傳熱的同時減少能量損耗的設計效果。

為實現上述目的，本發明的實施方案提供了一種基于CFD的螺旋波紋管結構優化設計方法，包括：1）通過閱讀文獻和參考波紋管的設計，確定帶縱向凹槽螺旋波紋套管模型尺寸；2）在ANSYS軟件中的DesignModeler模塊中建立帶螺旋波紋套管的三維模型,并導出agdb File格式文件；3）使用ANSYS軟件中mesh模塊對套管模型進行非結構化四面體的劃分，并檢驗網格的無關性；4）把網格導入ANSYS軟件中fluent模塊，確定物理模型，設置材料參數，工況及邊界條件；5）對模型進行數值模擬計算，并保存數據；6）將計算結果導入ANSYS軟件中的CFD-post模塊中進行后處理；7）根據計算結果，調整縱向凹槽數再次進行建模計算；8）對帶不同凹槽數的螺旋波紋套管的綜合性能進行分析對比；9）根據綜合性能評價指標選定最佳縱向凹槽數。