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    重庆时时彩走势彩经: 一种变频COSUB2/SUB热泵热水器翅片管换热器的数值模拟方法.pdf

    摘要
    申请专利号:

    重庆时时彩单双窍门 www.4mum.com.cn CN201310739459.9

    申请日:

    2013.12.30

    公开号:

    CN103793595A

    公开日:

    2014.05.14

    当前法律状态:

    撤回

    有效性:

    无权

    法律详情: 发明专利申请公布后的视为撤回IPC(主分类):G06F 19/00申请公布日:20140514|||实质审查的生效IPC(主分类):G06F 19/00申请日:20131230|||公开
    IPC分类号: G06F19/00(2011.01)I 主分类号: G06F19/00
    申请人: 中山职业技术学院
    发明人: 刘学鹏; 凌黎明; 黄智
    地址: 528403 广东省中山市东区博爱七路25号
    优先权:
    专利代理机构: 中山市铭洋专利商标事务所(普通合伙) 44286 代理人: 邹常友
    PDF完整版下载: PDF下载
    法律状态
    申请(专利)号:

    CN201310739459.9

    授权公告号:

    ||||||

    法律状态公告日:

    2016.05.11|||2014.06.11|||2014.05.14

    法律状态类型:

    发明专利申请公布后的视为撤回|||实质审查的生效|||公开

    摘要

    本发明公开了一种变频CO2热泵热水器翅片管换热器的数值模拟方法,旨在解决现有技术中波纹翅片管换热器空气侧流动与换热特性的三维数值模拟很难进行的问题。采用适体坐标和块结构化相结合的方法来生成网格,将计算区域划分为不同块,分块进行坐标变换,将物理空间的不规则区域变化成计算空间的规则区域,然后将流动换热问题的控制方程在计算空间上进行离散求解。本发明提供了一种有效的数值模拟方法,模拟的精确度也大大提高。

    权利要求书

    权利要求书
    1.  一种变频CO2热泵热水器翅片管换热器的数值模拟方法,其特征在于,包括以下步骤:
    ⑴将计算区域划分为不同块,分块进行坐标变换,将物理空间的不规则区域变化成计算空间的规则区域;
    ⑵采用求解 Poisson 方程的方法来生成适体坐标网格;
    ⑶控制方程转换,将描述物理空间(x,y,z)上流动换热问题的控制方程及边界条件转换到计算空间( );
    ⑷边界条件的转换,边界条件统一表达式为:

    式中为通用变量,A,B,C为给定值,为边界上的法向导数。

    2.  ⑸控制方程的离散,采用有限容积法对变换后的控制方程进行离散,用中心差分离散扩散项和源项,用乘方格式离散对流项,变量分布采用交错网格技术。

    3.  如权利要求1所述变频CO2热泵热水器翅片管换热器的数值模拟方法,其特征在于,所述步骤⑵中,采用分步生成网格的方法,即先通过在三维计算区域的每个表面上求解二维Poisson 方程,生成二维面网格,然后以这些面网格为边界条件,通过在整个计算区域内求解三维 Poisson 方程的方法生成最终的三维计算网格。

    4.  如权利要求2所述变频CO2热泵热水器翅片管换热器的数值模拟方法,其特征在于,所述二维Poisson 方程为:
    二维函数设为:
    计算平面上的Poisson方程为:

    其中
    P,Q是控制网格分布的函数;
    所述三维计算网格生成的方法为:
    设有三维函数:

    三维Poisson方程为:

    其中
    ,

    控制函数的选取
    ,,,,l,m,n为循环数,是网格节点在直角坐标系中的位置矢量;
    离散迭代
    。

    5.  如权利要求1所述变频CO2热泵热水器翅片管换热器的数值模拟方法,其特征在于,在所述步骤⑶中,基于计算坐标系的方程为:

    式中,为流体密度,U、V、W分别是计算坐标系上的流量。

    6.  如权利要求1所述变频CO2热泵热水器翅片管换热器的数值模拟方法,其特征在于,在所述步骤⑸中,所述离散方程为:

    如权利要求1至5中任一权利要求所述变频CO2热泵热水器翅片管换热器的数值模拟方法,其特征在于,法向导数按照下面的方程写成计算空间的形式:
    。

    说明书

    说明书一种变频CO2热泵热水器翅片管换热器的数值模拟方法
     [技术领域]
    本发明涉及到一种变频CO2热泵热水器翅片管换热器的数值模拟方法。
     [背景技术]
    增强气体换热器的效果是减小系统节流损失,提高循环能效比( COP) 的有效手段。现有的变频CO2热泵热水器系统通常都采用翅片管换热器,虽然目前翅片管换热器的强化换热技术已经迈入了第四代,但是现有的强化换热研究绝大多数都是通过实验反复尝试总结出较好的强化方案加以应用,对于其内部的流动换热过程及强化换热机理尚未完全搞清楚。由于影响换热器强化换热性能的因素很多,实验研究通常需要很多试件,如果用实验的方法进行比较系统全面的研究,不仅会造成极大的成本浪费,同时也是不合实际的。
    传统的翅片管换热器的数值模拟方法都是在直角坐标系下进行的,在圆管表面采用阶梯逼近的处理方式。但是,这种近似处理总是会存在一定的误差,而且这一误差还和网格精度有关,网格越粗误差越大,而网格划分过细又会严重浪费计算机资源,耗费过长的计算时间。另外,对于复杂区域用直角坐标系下的阶梯逼近进行模拟,不论是从难度还是精度上来说都是不可行的?;蝗绕骺掌嗟幕蝗缺砻媸怯刹ㄎ菩巫吹某崞霸补芑蛲衷补芄钩傻母丛拥牟还嬖蚯?,很难采用直角坐标法生成网格,因此,到目前为止,对于波纹翅片管换热器空气侧流动与换热特性的三维数值模拟研究很难开展。 
     [发明内容]
    本发明意在解决上述问题。通过采用适体坐标和块结构化相结合的方法来生成网格,解决波纹翅片管换热器计算网格生成困难的问题,提出一种合理、可行的变频CO2热泵热水器翅片管换热器的数值模拟方法。
    本发明的技术方案如下: 
    一种变频CO2热泵热水器翅片管换热器的数值模拟方法,其特征在于,包括以下步骤:
    ⑴将计算区域划分为不同块,分块进行坐标变换,将物理空间的不规则区域变化成计算空间的规则区域;
    ⑵采用求解 Poisson 方程的方法来生成适体坐标网格;
    ⑶控制方程转换,将描述物理空间(x,y,z)上流动换热问题的控制方程及边界条件转换到计算空间( );
    ⑷边界条件的转换,边界条件统一表达式为:

    式中为通用变量,A,B,C为给定值,为边界上的法向导数。
    ⑸控制方程的离散,采用有限容积法对变换后的控制方程进行离散,用中心差分离散扩散项和源项,用乘方格式离散对流项,变量分布采用交错网格技术。 
    所述变频CO2热泵热水器翅片管换热器的数值模拟方法,其特征在于,所述步骤⑵中,采用分步生成网格的方法,即先通过在三维计算区域的每个表面上求解二维Poisson 方程,生成二维面网格,然后以这些面网格为边界条件,通过在整个计算区域内求解三维 Poisson 方程的方法生成最终的三维计算网格。 
    所述变频CO2热泵热水器翅片管换热器的数值模拟方法,其特征在于,所述二维Poisson 方程为: 
    二维函数设为:
    计算平面上的Poisson方程为:

    其中
    P,Q是控制网格分布的函数;
    所述三维计算网格生成的方法为:
    设有三维函数:

    三维Poisson方程为:

    其中
    ,

    控制函数的选取
    ,,,,l,m,n为循环数,是网格节点在直角坐标系中的位置矢量。
    离散迭代 

    所述变频CO2热泵热水器翅片管换热器的数值模拟方法,其特征在于,在所述步骤⑶中,基于计算坐标系的方程为:

    式中,为流体密度,U、V、W分别是计算坐标系上的流量。
    所述变频CO2热泵热水器翅片管换热器的数值模拟方法,其特征在于,在所述步骤⑸中,所述离散方程为: 

    所述变频CO2热泵热水器翅片管换热器的数值模拟方法,其特征在于,法向导数按照下面的方程写成计算空间的形式:
    。
    本发明的有益效果在于,由于采用适体坐标和块结构化相结合的方法来生成网格,将计算区域划分为不同块,分块进行坐标变换,将物理空间的不规则区域变化成计算空间的规则区域,然后将流动换热问题的控制方程在计算空间上进行离散求解,本发明不仅提供了一种有效的数值模拟方法,也大大提高了模拟的精确度。 
    【具体实施方式】
    1、采用求解 Poisson 方程的方法来生成适体坐标网格
    为了简化网格的生成过程,采用分步生成网格的方法,即先通过在三维计算区域的每个表面上求解二维Poisson 方程生成二维面网格,然后以这些面网格为边界条件,通过在整个计算区域内求解三维 Poisson 方程的方法生成最终的三维计算网格。
    ⑴二维函数的坐标转换如下: 
    二维函数设为:
    计算平面上的Poisson方程为:

    其中
    P,Q是控制网格分布的函数,
    ⑵三维函数的坐标变换:
    设有三维函数:

    三维Poisson方程为:

    其中
    ,

    ⑶控制函数的选取
    ,,,,l,m,n为循环数,是网格节点在直角坐标系中的位置矢量。
    ⑷离散迭代 

    2、控制方程转换
    适体坐标的思想就是将物理空间的不规则区域变换成计算空间的规则区域,而且在计算空间上求解控制方程比在物理空间上求解控制方程要简单方便,因此在作数值计算时,先要将描述物理空间(x,y,z)上流动换热问题的控制方程及边界条件转换到计算空间(),在计算空间离散求解,然后再将计算结果转化为物理空间的结果.
    流动控制方程的直角坐标系方程为:

    式中,为流体密度,u,v,wx,y,z方向的速度;gx,gy,gzx,y,z方向的重力加速度。为运动粘度。
    基于计算坐标系的方程为: 
    式中,U、V、W分别是计算坐标系上的流量。
    3、边界条件的转换 
    三种类型的边界条件统一表达式为:

    式中为通用变量,A,B,C为给定值,为边界上的法向导数。
    法向导数按照下面的方程写成计算空间的形式: 

    4、控制方程的离散
    采用有限容积法对变换后的控制方程进行离散,用中心差分离散扩散项和源项,用乘方格式离散对流项,变量分布采用交错网格技术。离散方程为:

    关 键 词:
    一种 变频 COSUB2 SUB 热水器 翅片管 换热器 数值 模拟 方法
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