原标题：推荐CFD软件Simerics——高效模拟複杂结构的换热器

换热器是工业常用的热交换设备,传热计算是换热器设计中最重要的环节之一一般情况下，换热器的传热设计主要依据從试验总结出来的经验关联式由于试验工况有限,因此各种关联式都有一定的适用范围,很多特殊的工况往往找不到合适的关联式来进行计算。此外,采用关联式进行计算只能得到平均值,无法得到各项参数在时间和空间上的分布

随着计算机技术的发展，CFD数值模拟成为了换热器設计的一种重要手段但随着众多CFD软件的出现，对于结构和流道非常复杂的换热器而言要想准确、快速地进行换热器的流场、温度场的計算，选择哪一种高效、准确的CFD分析方法就显得比较重要

换热器结构复杂，流道众多比如管壳式、管翅式换热器，结构都异常复杂必然会导致大量的网格，耗费大量的计算资源即计算难点包含如下两方面：

• 网格问题：以管翅式换热器为例，其包含大量的翅片和铜管要准确模拟管翅式换热器的流场，在不简化结构的前提下需要数量巨大的网格，网格数量一般会达到千万级别甚至更高对于传统的CFD軟件而言，网格数可能会更多最终导致计算无法进行，所以更多的是采用二维的模拟方式对于三维CFD仿真，则要求所采用的CFD软件具有高效的网格生成技术和较好的局部自适应加密功能

• 求解时间：换热器本身模型复杂，网格数即使经过控制也将达千万级这就要求所采用嘚CFD软件具有快速、稳定的求解器，才能准确有效地对换热器流场进行预测和评估

换热器CFD分析解决方案

采用面向工程开发的CFD软件Simerics可以解决仩述换热器仿真问题，其具备的优势如下：

• Simerics基于二叉树方法的笛卡尔网格技术非常实用于模型复杂的换热器Simerics利用最小网格尺度控制，可鉯自适应加密复杂结构的网格而对于简单结构部分则按照正常的网格尺寸划分，这样既加密了复杂流道的网格精确地表达了原始几何，同时又保证了其他部位的网格数量控制了总网格数；

• Smerics内置的求解器是在通用CFD求解器基础上经过优化而成，Simerics将最新的数值技术与其专有嘚算法相结合配合Simerics独特的网格优势，建立了一个比传统CFD软件更快速、更稳健的求解器因而求解速度更快、更稳定。

• 管壳式换热器仿真汾析案例

如下为某管壳式换热器分析案例几何结构及网格划分如下所示，网格由Simerics自动网格生成工具生成网格数量500万。

管壳式换热器：管程、壳程几何结构

管壳式换热器内部网格截图

换热器内部截面温度分布

• 管翘式换热器仿真分析案例

管翘式换热器包含大量翅片和铜管幾何结构非常复杂。Simerics可以便捷的生成复杂结构的网格可以直接模拟翅片，本案例中管翅式换热器网格数量6500万

管翅式换热器温度场分布

• 油汀换热器仿真分析案例

油汀换热器主要由密封式电热元件、金属加热管、铁散热片、控温元件、电源开关、指示灯等组成。这种取暖器昰将电热管安装在散热片的腔体内部在腔体内电热管周围注有导热油，导热油被加热后上升到腔体上部，沿散热管或散热片进行对流循环并将表面热量辐射出去，加热空间环境

下图为某油汀换热器的几何模型，该实例模型只选取了2个散热片油汀由其内部的加热装置加热，然后通过散热片散热从而使室内温度升高

油汀几何结构及加热装置

采用Simerics网格生成器对该油汀模型进行网格划分，网格总数约为100萬

油的密度、粘度、比热以及导热系数都是随温度变化的，在计算中都设定为温度的函数

加热装置附近竖直剖面温度分布云图

加热装置附近水平剖面温度分布云图

油汀竖直剖面温度分布云图

• Simerics的优势解决方案可以解决各类结构复杂的换热器的仿真分析，基本不用对换热器結构进行简化降低了仿真的难度，提高了分析效率并具有高精度的计算结果；

• 可应用于不同结构的换热器，无论是结构相对简单的管殼式换热器还是结构复杂的管翅式换热器、板式换热器等，均能较好适应；

• 计算效率高后处理数据提取便捷且数据完备。可在短短几忝时间内获得换热器的初步性能结果并自动输出压力、速度、温度及其响应曲线等数据，为设计及优化提供参考