在面对如图1所示模型中的壳管式换热器进行分析时，你会怎么做?我已经可以听到你说“你想'如何，如何，如何'这个东西！？大约有1000米长的管道..?”事实上按照字面解读，总共1千米，1毫米的壁厚和800度的弯曲。我脑子里闪过的想法是:“这个网格有多大?”解决这个问题需要多长时间?我只有一台四核笔记本电脑（至少32GB的内存才有用）如果我要使用除FloEFD以外的其他软件，我也会考虑所有这些弯管如何处理，我可能不得不简化这些管道，以便我可以使用六面体网格来绘制.乍一看，这似乎势在必行，但是实际上大多数时候，我们工程师根本没有时间做所有这些，我们需要答案，我们前一天就需要答案!

图1.壳管式换热器

       幸运的是，这正是FloEFD的重大意义的所在,特别是对于内部管道流，FloEFD中的SmartCells™技术开始真正发挥作用。SmartCells将直接从CAD几何图形中识别它是管道或是通道,并且当通道网格数不足不能数字化解决流动时，它会根据此管道或通道上的网格数决定应用教科书或工程计算（1D）进行压降和传热。否则，当管道上有足够数量的网格，SmartCells将自动切换到使用数字网格解析流程（3D）。但是，如果您曾经想知道FloEFD在这方面的表现到底有多好，那么下面的观察可能会非常有用。

第一部分：内部管流

       例如，考虑单个10-pass布局的管道的内部流动与手持热交换器相应。管道的FloEFD模型如图2所示。流体的传热建模采用外部HTC应用于外壁，以便计算通过壁面的传导以及内部管道表面流固界面的共轭传热。在这个例子中，辐射被忽略了。网格的生成使管道直径上的特征单元格数量逐渐增加，管道直径从2x2单元格增加到6x6单元格。现在让我们将FloEFD的结果与非常可靠的1D热液压系统解决方案Flownex结果进行比较(在南非本地开发)。相同管道布局的Flownex模型如图4所示。压降和总传热图如图5所示。对于增加网格密度FloEFD显示了结果，我们与Flownex结果进行了比较。关于Flownex结果的+10%和-10%的波段也为对照提供了不同的角度。

图2.10-pass管道布局的FloEFD模型

图3.FloEFD网格分辨率

图4.10 pass管道布局的1D Flownex模型

图5.FloEFD与Flownex结果比较

       首先考虑压降比较。我们可以看到FloEFD和Flownex之间有较高的一致性，尽管FloEFD预测的压降略低。请注意,为了简便起见,我只显示协调六个特征网格的结果，因为进一步的调查显示，在这个例子中，FloEFD压降结果与6个单元格无关，而在空气流速高得多的例子中是8到10个单元格。此外，还证实了Flownex和FloEFD之间的压降预测存在一致差异，这主要归因于主要（壁面摩擦）损失和次要（弯曲）损耗计算中可能存在的差异。所以我们不会把注意力集中在这上面。

       我更愿意关注的是更加迷人的传热效果。在本例中，无论网格密度如何，与Flownex相比，FloEFD的传热预测差值总是在+/-10%的范围内。同样，我在这里只展示了一个例子，但一个广泛的研究首次比较了1-pass、2-pass和10-pass管道布局，在不同的雷诺数下流动(Re高达60万，空气在45 - 50m/s之间)，都产生了非常相似的表现。为了满足大家的好奇，我想做一个有趣的观察:似乎从工程计算到完全解析的纯CFD计算的转变发生在8到10个单元格之间。除此之外，随着网格分辨率的提高，我们可以看到换热预测的突然跳跃，与Flownex相比，差值仍然保持在+/-10%的范围内，如图6所示。

图6.FloEFD与Flownex结果比较:高雷诺系数示例

第二部分：加热气缸外流

       那么，管道外部的流动，即所讨论的热交换器的壳侧呢？为了表示“壳体侧”流，我们将考虑加热体上的外部流的标准验证示例。在该分析中，仅考虑传热行为，而不考虑阻力本身。同样，网格的设置使得直径上的单元格的特征数量逐渐变化。考虑图7中的图表，该图显示了不同雷诺数范围内多个网格密度的Nusselt数预测。从图中可以明显看出，无论网格密度如何，FloEFD的预测都非常好，总是在实验数据的分散范围内，甚至对于CFD条件下的非常粗的网格(每直径4到10个单元)也是如此。尤其参见显示4x4和6x6网格结果的特写图像。利用管道直径只有四个特征单元格一样粗的网状物(6个单元是这种“工程”方法的理想选择)，人们能够生成非常有用的工程结果，很幸运，这一观察结果得以与内部流动结果吻合得很好。

图7.加热气缸上的外部流体 - Nu系数比较

第三部分:全热交换器

       所有这一切的原因基本上是为了确定我们在分析像这样的大型或复杂的热交换器时能够使用的网格有多粗。因为，你可能会发现自己和南非的许多工程师一样有相同处境，通常只能使用有限的计算机资源。因此，如果您可以使用CFD软件，它可以作为一个工程工具来解决您的笔记本电脑或台式机上的大问题，这将是非常有益的。这正是FloEFD开始具有意义的地方。为了分析有问题的热交换器，唯一的限制是计算机内存。通过应用从前面的讨论中获得的知识，我们可以生成四个特征单元管径的网格，并且仍然对“工程”答案有很高的信心。在内存限制为32GB的情况下，需要对单元格进行伸长以节省一些内存需求，从而使单元格远离弯曲，这导致网格大小总计约570万个单元格。请参见图8中在管道上生成的网格。此外，在所需计算时间的问题上，该特定模型在每次行程中用非常可观的十小时，且仅用十四核CPU就可解决，相应的出口温度利用1.5次行程就已经收敛（启用流动冻结）。得到的出口温度为，空气出口温度Tair,out = 51.6°C ，冷却水出口温度Twater,out = 24.6°C. 参见图9和图10中的管内部和外壳温度。基于之前讨论的优点，这个结果已经非常有用，特别是在对各种挡板设计进行比较研究时。必须指出的是，该解决方案运行非常稳定，并且只会发生收敛。考虑到问题的类型，这是相当惊人的。

图8.热交换器管网格细化

图9.管侧水温流动轨迹

图10.壳侧气温切割图

结论

       在解决传热问题时，我早已意识到FloEFD的价值。 然而，只有现在变得显而易见，FloEFD使得工程师能够以最少的努力和所需资源解决大型问题，如壳管式换热器，与“旧式”CFD程序相比，这要归功于底层的SmartCells 技术和不可思议的薄边界层方法。唯一的需求是电脑内存，这限制了这些模型的网格大小。这不仅是易用性和最小的努力建立模型，包括网格，如果不能解决方案的稳定性和鲁棒性的问题，这一切都是无用的。FloEFD是最可靠的CFD软件。从南非的工程学观点来看，也就是说，要尽可能的用方案来解决问题，FloEFD真的很符合我们的想法。