浅析CFD/NHT技术的发展

　　对传统的管壳式换热器进行结构优化设计，提高换热器工作效率，具有十分重要的实际意义。换热器的设计同时涉及到流体流场和温度场的分布问题。一方面，由于目前基础数学知识和理论流体力学的发展水平，对于结构比较复杂的换热设备，不可能通过求解流体流动与传热控制微分方程的解析解来得到换热器内部特性。工程实际中，通常是利用相似理论原理，以简化换热器模型为基础，进行流体流动和传热的数据测量，再通过放大等数据后处理方法得到与实际情况相接近的特性参数。

　　但是，由于换热器应用工况日益多样性以及其自身结构不断复杂化，传统的实验手段和理论方法已很难满足该领域研究和开发的需要。另一方面，随着现代计算机技术的进步和先进数值算法的发展，计算流体动力学和计算传热学技术从20世纪60年代以来在全世界范围内得到了迅速发展，并被广泛应用于能源、动力、石油、化工等工业领域。和试验研究相比，利用CFD/NHT技术进行换热器研究具有费用低、速度快、能模拟较复杂和较理想过程等优点；同时可以观察不同操作参数对求解问题的影响，获得所有相关变量的详细信息以及潜在的物理过程。因此，利用模拟所得数据对实际设计方案进行评估、选择和优化，再通过有限的试验对分析结果进行检验，可以大幅度减少研究所需的工作量和经费。　

　　CFD/NHT方法的基本思想是将连续的计算域划分为有限数量的控制单元，在每个控制单元内，运用数值分析方法对偏微分控制方程（包括连续性方程、动量方程、能量方程）进行离散化处理，再结合已知的边界条件，迭代求解每个节点上的一组代数方程组，终在允许的残差（残差的选取应根据实际需要，并适当考虑计算量）范围内得到整个计算域的近似解。