例題13

熱交換機

本例題について

  • シェル・チューブ型の熱交換機の解析例を示します。
     

  • 温度分布や熱流束ベクトルを解析結果として見ることができます。

  • 温度コンター図と流線の同時表示により結果を確認できます。
     

  • 表に記載されていない条件は初期設定の条件を使用します。
     

 

解析空間

項目

条件

解析空間

3次元

モデル単位

m

 

解析条件

項目

条件

ソルバ

流体解析[Bernoulli]

熱伝導解析[Watt]

解析の種類

流体解析:定常解析

熱伝導解析:定常解析

メッシュ設定

標準メッシュサイズ:0.03[mm]

シェル流入流出口内面のメッシュサイズ:0.01[mm]

 

 

モデル図

シェル内を冷媒が流れ、チューブ内を熱媒が流れる熱交換機のモデルです。シェルとチューブは厚みのあるソリッドボディで作成し、

その中に冷媒と熱媒として空気があります。冷媒と熱媒は固体であるチューブを通してのみ熱の交換を行います。

ボディ属性および材料の設定

ボディ No./ボディタイプ

ボディ属性名

材料名

6/Solid

Tube

104_ステンレス鋼※

38/Solid

Heat

000_空気※

45/Solid

Shell

104_ステンレス鋼※

46/Solid

Cool

000_空気※

※材料データベースを利用

境界条件

境界条件名/トポロジ

タブ

境界条件の種類

条件

CoolIn/Face

熱流体

流入

流速指定

1 [m/s]

 

流体温度

直接指定

20[deg]

CoolOut/Face

熱流体

温度

流出

自然流出

HeatIn/Face

熱流体

温度

流速指定

1 [m/s]

 

流体温度

直接指定

200[deg]

HeatOut/Face

熱流体

温度

流出

自然流出

 

解析結果

図1はチューブの外側の温度とチューブ内の温度を示しています。冷媒が流入し、チューブに吹きかかる部分が最も温度が下がっていることがわかります。

流入口における温度(200℃)に対して流出口の温度は170℃前後となっており、シェル内の冷媒との熱交換が行われていることも確認できます。

 

  • 応力解析例題71ではこの温度分布をもとにチューブの熱応力解析を行っています。

 

 

    

図1 チューブの温度コンター図

 

 

 

図2ではシェル内の冷媒を非表示にし、チューブの温度コンター図とシェル内の流線を同時表示しています。

 

図2 温度と流線の同時表示

 

 

まずはFemtetを試してみたい

試用版はこちら

もっとFemtetについて詳しく知りたい

イベント・セミナー情報はこちら