案例10 - 错流式换热器
1.案例介绍
错流式换热器常常用于设计生物技术的芯片实验室器件，以及微型燃料电池等的微反应器中。错流式换热器通常由20多个单元组成，除了首、末个单元存在边缘效应外，其他单元的换热情况基本相同，因此可以将分析对象简化为一个单元。此外，由于模型具有非常强的对称性，因此可以应用对称边界条件，仅对一半高度的通道进行建模。具体计算模型如下图所示：
仿真模型中，除了冷流、热流的入口和出口边界外，其他表面均为热绝缘，入口处温度恒定。通过格物CAE的流动传热模块，我们可以模拟微型错流式换热器中的流体流动和流固传热过程，在换热器中观察到热流通道中的流体随流动逐步降温，而冷流逐步升温的过程。
2.网格文件
3.操作说明
本案例在格物CAE->流动传热模块中完成。
3.1 选择湍流模型
点击 流动传热仿真，选择湍流模型为 层流模型，时变特性为稳态，如图所示：
3.2 网格导入
下载部分2的网格文件，在 流动传热仿真 -> 网格中，类型选择 上传网格，点击上传网格，依照指示将网格文件导入。
导入网格后，可通过鼠标左键移动视角，右击平移网格体。
3.3 全局模型
点击 流动传热仿真 > 全局模型 ，填入z方向的重力加速度，为 - 9.81m/s²。
3.4 设置材料
点击 右侧的[+]，添加流体材料，选择 水。
在密度一栏，点击[fx]，填入水密度随温度变化的表达式：997*(273.15/T) kg/m³，其他物性保持默认： 动力粘度为 9.31e-4 Pa·s，比热为 4180 J/kg/K，热导率为 0.59967 W/m/K，如图所示：
3.5 初始条件
点击 流动传热仿真 > 初始条件 ，将温度改为300 K，如图所示：
3.6 边界条件
点击 流动传热仿真 > 边界条件 右侧的 [+]，即可选择预定义的边界条件，依次进行如下边界条件的定义：
- 热端入口
点击选择速度入口，点击 施加位置 右侧的 [+]，勾选 inlet1，并填写速度大小为法向 0.05m/s，温度为定温 330 K，设置完成情况如图所示：
- 冷端入口
点击选择速度入口，点击 施加位置 右侧的 [+]，勾选 inlet2，并填写速度大小为法向 0.05m/s，温度为定温 300 K，设置完成情况如图所示：
- 出口
点击选择出口，点击 施加位置 右侧的 [+]，勾选 outlet1 和 outlet2，并选择温度为定热流，热通量填写 0 W/m²，设置完成情况如图所示：
- 对称面
点击选择对称面，点击 施加位置 右侧的 [+]，勾选 Symmetry，设置完成情况如图所示：
- 绝热壁面
点击选择壁面，点击 施加位置 右侧的 [+]，勾选 wall，温度类型选择定热流，热通量填写 0 W/m²，设置完成情况如图所示：
3.7 体组设置
点击 流动传热仿真 > 体组 右侧的 [+]，即可选择预定义的体积条件，进行固体域体组的定义，如下：
点击选择固体域，点击 施加位置 右侧的 [+]，勾选 solid ，随后填写芯片的物性：密度：7800 kg/m³；比热： 420 J/kg/K；导热系数： 15 W/m/K，以及固体部分的初始温度 300K，设置完成情况如图所示：
3.8 求解器设置
点击 流动传热仿真 > 求解器 > 总体求解设置，点击 密度变化算法 的 布辛涅司克近似，考虑密度变化造成的影响，设置完成情况如图所示：
3.9 时间步长设置
点击 流动传热仿真 > 时间步&资源，保持 定时间步长 计算，选择时间步数为 150 ，时间步长为 0.001s，选择计算核数为 32核 ，输出频率为 10 ，即每计算10步输出一帧后处理结果，如图所示：
4.提交计算和查看仿真结果
设置完成后，点击 仿真结果，点击 开始计算，即可提交计算。
计算完成后，在流动传热仿真处会显示绿色图标，此时可开始进行仿真结果的查看。
点击 仿真计算->结果云图，选择物理场为 TempK/TempK ，点击播放键可观看流动传热过程。
