FLUENT冷热水混合温度计算指南

1前言

                                                           

冷热水的混合温度计算,在不考虑热损失的情况下,自行手动计算就很容易了,今天我们用FLUENT做一个简单的计算,这个计算案例读者可以从很多教材中看到类似的,只是我会在案例中提到一些可能其他案例没有提的知识点。



2问题描述

                                                       

建立如下的二维混合器模型,包含冷、热水入口和一个出口。这里要指出,在不考虑热损失的前提下,模型的尺寸对计算结果没有任何影响。

假设热水温度80℃,流量9.982kg/s,冷水温度25℃,流量19.964kg/s。

图1混合器模型



3计算结果



3.1手动计算

根据以下热平衡方程,计算混合后的水温,将已知数据带入方程,求得混合温度tmix=43.33℃。



3.2 FLUENT计算

设置相应的边界条件进行计算,混合器的温度分布如下图。

图2温度分布



如果要和热平衡理论计算结果对比,我们需要获取出口的平均温度。

实际上,FLUENT的平均值具有很多种,包括面积平均、节点平均、单元面平均、质量加权平均等等,笔者在诸多实践中发现,在有限的计算网格中,用质量加权求解出口平均温度更为合适。


比如该案例,我们分别读取集中加权平均,结果如下,可以看出用质量加权求解出口平均温度和理论结果更接近。





图3各种平均温度计算结果



4附加的话

其实,对于混合温度的计算,用焓值也是很好的方法。根据能量守恒方程,在无内热源时,进入混合器的能量(比焓×质量)之和等于流出混合器的能量(比焓×质量)。


FLUENT计算结果如下。

这里,我们发现,入口25℃的水的焓值约为0。这是因为,FLUENT在计算焓值是以25℃(298.15K)为参考温度的。所以,焓值的计算相当于h=cp(T-Tref)=cp(T-25)。这里cp为水的定压比热(4182j/kg℃),因此出口的温度为76669.8/4182+25=43.33℃,与前面的计算结果相同。



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