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申请/专利权人：上海海洋大学

摘要：一种基于CFD的螺旋波纹管结构优化设计方法，包括：1）通过阅读文献和参考波纹管的设计，确定带纵向凹槽螺旋波纹套管模型尺寸；2）在ANSYS软件中的DesignModeler模块中建立带螺旋波纹套管的三维模型,并导出agdbFile格式文件；3）使用ANSYS软件中mesh模块对套管模型进行非结构化四面体的划分，并检验网格的无关性；4）把网格导入ANSYS软件中fluent模块，确定物理模型，设置材料参数，工况及边界条件；5）对模型进行数值模拟计算，并保存数据；6）将计算结果导入ANSYS软件中的CFD‑post模块中进行后处理；7）根据计算结果，调整纵向凹槽数再次进行建模计算；8）对带不同凹槽数的螺旋波纹套管的综合性能进行分析对比；9）根据综合性能评价指标选定最佳纵向凹槽数。本发明能够有效的能够解决传统经验公式和实验局限性大、展现问题不够直观的问题，能够解决传统实验耗时长、成本高的问题，为高效套管式换热器设计及优化螺旋波纹套管提供参考。

主权项：1.一种基于CFD的螺旋波纹管结构优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）确定带纵向凹槽螺旋波纹套管模型尺寸，（2）在ANSYS软件中的DesignModeler模块中建立带螺旋波纹套管的三维模型,并导出agdbFile格式文件，（3）使用ANSYS软件中mesh模块对套管模型进行非结构化四面体的划分，并检验网格的无关性，（4）把网格导入ANSYS软件中fluent模块，确定物理模型，设置材料参数，工况及边界条件，（5）对模型进行数值模拟计算，并保存数据，（6）将计算结果导入ANSYS中的CFD-post板块中进行后处理，（7）根据计算结果，调整纵向凹槽数再次进行建模计算，（8）对带不同凹槽数的螺旋波纹套管的综合性能进行分析对比，（9）根据综合性能评价指标选定最佳纵向凹槽数；所述螺旋波纹套管由制冷剂流域、内管管壁、热水流域和外管管壁组成，所述螺旋波纹套管的建模采用ANSYS软件中的DesignModeler模块绘制，首先在DesignModeler命令栏中的Units中选择毫米Millimeter为模型绘制单位，在XY平面中建立Sketch1，绘制两个以原点为圆心的圆形成圆环；通过拉伸命令，将Sketch1拉伸为内管，然后在XY平面中建立Sketch2，然后使用圆命令以XY坐标原点为圆心的两个圆形成圆环，对Sketch2拉伸形成外管；再以ZX平面为基准面创建一个新平面，基准面选择ZXplane，沿着Y轴正方向平移与管半径一样的距离形成新平面，在新建的平面中建立Sketch3，并在Sketch3中半圆与Y轴相切，直径与X轴相重合，以此圆为套管内波纹形状，在YZ平面中建立一个草绘sketch4，在此草绘中绘制一条直线，所述直线长度与管道长度一致，并与Y轴重合，sketch3为对象使用扫描命令，以所述sketch4为扫描路径，扫描对象始终与路径相切，设置螺距，再XY平面中建立草绘sketch5，在草绘中绘制圆，每个圆的半径与sketch3中的半圆的半径相同，并与内管得内管壁相切，且圆与圆之间的角度相等，草绘sketch5使用拉伸命令，在生成方式中选择切除材料，拉伸长度与管道长度相同，对套管进行填充命令，填充方式为ByCavity，填充面选择外管道的内避面，形成流体流动区域，流体流动区域使用布尔运算，运算方式选择相减，目标对象为所述流体区域，工具对象为内管道，且保留工具对象，而形成外管道，内管道，外管流体流动区域，内管流体流动区域4个部分，再对4个部分使用formnewpart命令形成一个部分4个零件，最后以agdbFile文件保存；所述套管的模型网格划分采用四面体非结构性网格，将模型输入ANSYS中Mesh模块，对套管的每个进出口进行边界定义，不同的进出口对应不同的名称有：innerinlet、inneroutlet、outerinlet和outeroutlet；然后用局部控件size对每个部分的网格大小进行定义，由于波纹尺寸较小，需要对内管流域与内管接触面的网格大小进行定义，在对内管和外管流域流体流动剧烈，需要添加边界层，最后套管模型网格划分为四面体非结构性网格，再通过改变网格尺寸改变网格数量，使模型计算结果更加精确，同时对网格进行无关性检验，选择最佳的网格数。

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