Ansys Simulation World Ansys SimulationWorld

Оптимизация пластинчатого радиатора для ООО «Теркон-КТТ»

Цель работы состояла в определении геометрических параметров радиатора, обеспечивающих минимальные энергозатраты на продувку радиатора охлаждающим воздухом при обеспечении заданной мощности теплоотвода.

Данная работа включала следующие этапы:

  1. Создание периодически повторяющегося сегмента расчетной области с граничными условиями симметрии;
  2. Построение сеточной модели (дискретизация расчетной области) для пластинчатого радиатора;
  3. Создание макроса на языке программирования Tcl/Tk для автоматизированного построения гексагональной сеточной модели блочным методом в программном продукте ANSYS ICEM CFD;
  4. Задание физических моделей для расчетной области пластинчатого радиатора;
  5. Проведение серии оптимизационных расчетов;
  6. Обработка и анализ результатов.

Решение

Геометрическая модель пластинчатого радиатора представлена на рисунке 1. Здесь 1 – паз для тепловой трубы, 2 – ребро радиатора.

Рисунок 1 – Геометрическая модель пластинчатого радиатора.

 Для сокращения сеточной размерности рассматривался отдельный периодически повторяющийся сегмент расчетной области пластинчатого радиатора с граничными условиями симметрии.

Рисунок 2 – Периодический сегмент пластинчатого радиатора.

 

Для исследуемого объема была построена гексагональная сетка средствами программного модуля ANSYS ICEM CFD.

Рисунок 3 – Сеточная модель периодического сегмента пластинчатого радиатора.

Верхняя часть расчётной области, включающая пазы и зазор между основанием радиатора и стенкой канала, была отсечена плоскостью, так как количество пазов для тепловых труб постоянно, а количество рёбер может варьироваться. Соответственно выделить в модели периодический сегмент возможно только при определённом количестве рёбер. В результате оптимизация проводилась на упрощённой модели, которая включала половину ребра и половину межрёберного пространства с граничными условиями симметрии. Для оценки справедливости принятых в задаче допущений было проведено сравнение решений в полной и упрощённой постановках для оптимизированной конструкции.

Рисунок 4 – Общая сеточная модель пластинчатого радиатора.

Рисунок 5 – Увеличенный фрагмент общей сеточной модели пластинчатого радиатора.

Так как количество ребер радиатора и расстояние между ними в процессе расчета изменялось, то необходимо было постоянно перестраивать сетку. С целью автоматизации процесса перестроения гексагональной сеточной модели с применением блочного метода в программном продукте ANSYS ICEM CFD, был создан макрос на языке программирования Tcl/Tk. На рисунке 6 представлена упрощенная схема проекта оптимизации пластинчатого радиатора. Пунктирной линией выделена область действия макроса, написанного на языке программирования Tcl/Tk.

Рисунок 6 – Упрощенная cхема проекта.

Оптимизационное решение выполнялось на основе метода последовательного квадратичного программирования (MISQP) средствами программного продукта ANSYS DesignXplorer. Анализ целевой функции производился по поверхности отклика второго порядка. В качестве заключительного этапа процесса оптимизации была произведена оценка полученных результатов и выбор наиболее приемлемого варианта конструкции с точки зрения технологичности.

Рисунок 7 – Поверхность отклика целевой функции.

Рисунок 8 – Диаграмма, описывающая долю влияния входных параметров на целевую функцию (произведение перепада давления на расход).

Также были получены распределения температуры, полного давления и визуальное отображение векторного поля скорости потока воздуха.

Рисунок 9 – Распределение температуры.

Рисунок 10 – Распределение полного давления.

Рисунок 11 – Векторное поле скорости.

Заключение

На основании расчета было определено необходимое количество и толщина рёбер радиатора для двух исполнений – медного и алюминиевого, а также величина потерь давления и расход, обеспечивающий требуемый теплосъём.

Результаты численного моделирования были сопоставлены с данными натурного эксперимента для принятия решения о корректности работы подготовленной численной модели пластинчатого радиатора. Была подтверждено хорошее согласование результатов, что указывает на правильность использованных методик моделирования для такого класса задач.

Хотите всегда быть в курсе последних новостей и событий?
Подпишитесь на рассылку