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例題１３ 熱交換機
本例題について
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シェル・チューブ型の熱交換機の解析例を示します。
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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。
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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。
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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。
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Femtetのバージョンや環境により結果が多少ことなります。
解析モデルダウンロード
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プロジェクトファイルをダウンロード（右クリックし、名前を付けてリンク先を保存してください。）
解析空間
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項目 |
条件 |
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解析空間 |
3次元 |
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モデル単位 |
m |
解析条件
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項目 |
条件 |
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流体解析[Bernoulli] 熱伝導解析[Watt] |
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解析の種類 |
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メッシュ設定 |
標準メッシュサイズ:0.03[m] シェル流入流出口内面のメッシュサイズ:0.01[m] |
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
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ボディ No./ボディタイプ |
ボディ属性名 |
材料名 |
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6/Solid |
Tube |
104_ステンレス鋼※ |
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38/Solid |
Heat |
000_空気※ |
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45/Solid |
Shell |
104_ステンレス鋼※ |
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46/Solid |
Cool |
000_空気※ |
※材料データベースを利用
境界条件
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境界条件名/トポロジ |
タブ |
境界条件の種類 |
条件 |
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CoolIn/Face |
熱流体 |
流入 |
流速指定 1 [m/s]
流体温度 直接指定 20[deg] |
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CoolOut/Face |
熱流体 |
流出 |
自然流出 |
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HeatIn/Face |
熱流体 |
流入 |
流速指定 1 [m/s]
流体温度 直接指定 200[deg] |
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HeatOut/Face |
熱流体 |
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