Открывайте готовые расчёты в браузере за 2 с (до 300 тыс. DOF) или запускайте тяжёлые задачи до 1,5 млн+ степеней свободы офлайн на Windows и macOS.
Поперечное обтекание шахматного пучка труб теплообменника: струи и вихревые дорожки (CFD)
Трёхмерное турбулентное поперечное обтекание водой (RANS k-ω SST, U_in = 2,5 м/с) трёхрядного шахматного пучка из пяти труб Ø44 мм: разгон межтрубных струй до 7,26 м/с (2,90× U_in), кормовые зоны рециркуляции и гидравлическое сопротивление Δp = 179,1 кПа.
В кожухотрубных теплообменниках, парогенераторах и экономайзерах трубы располагают в шахматном порядке, чтобы ускоренные струи из межтрубных зазоров первого ряда били непосредственно в лобовую поверхность труб второго ряда, разрушая пограничный слой и интенсифицируя теплообмен. В данной 3D CFD-модели построен участок межтрубного канала (460 × 220 × 90 мм) с трёхрядным шахматным пучком из пяти труб Ø44 мм (2 трубы в 1-м ряду при X = −20 мм, 1 центральная труба во 2-м ряду при X = +45 мм и 2 трубы в 3-м ряду при X = +110 мм). Вода поступает со скоростью U_in = 2,5 м/с (число Рейнольдса Re_D ≈ 1,1×10⁵). Расчёт в нативном решателе SU2_CFD (k-ω SST) разрешает змеевидные высокоскоростные струи в узких проходах со скоростью до 7,26 м/с (2,90× U_in), парные кормовые вихри за каждым цилиндром, потери давления на пучке Δp = 179,1 кПа и суммарную силу гидродинамического давления на трубы F_D = 1 266,9 Н.
1. Геометрия и конечные элементы
- •Единый B-Rep объём межтрубного канала (D_fluid = Канал − 5 Труб): длина по потоку 460 мм (X ∈ [-140, 320] мм), ширина 220 мм (Y ∈ [-110, 110] мм), высота 90 мм (Z ∈ [-45, 45] мм).
- •Трёхрядный шахматный пучок из пяти цилиндрических труб Ø44 мм (поперечный шаг S_T = 100 мм, продольный шаг S_L = 65 мм).
- •Неструктурированная 3D тетраэдральная сетка Netgen: 15 480 тетраэдров и 3 755 узлов (погрешность объёма 0,39%).
- •Рабочая среда: вода (ρ = 998,2 кг/м³, μ = 1,002×10⁻³ Па·с), модель турбулентности Menter k-ω SST.
2. Граничные условия и нагрузки
- •Входное сечение канала при X = −140 мм (surface number 1): равномерная скорость воды U_in = 2,5 м/с вдоль +X ([1, 0, 0]).
- •Выходное сечение канала при X = +320 мм (surface number 11): статическое давление p_out = 0 Па.
- •Верхняя и нижняя торцевые плоскости при Z = ±45 мм (грани 3 и 4): плоскости симметрии (symmetry).
- •Боковые стенки корпуса (Y = ±110 мм) и цилиндрические поверхности всех пяти труб пучка (грани 2, 5, 6, 7, 8, 9, 10): вязкие стенки с прилипанием (no-slip wall).
3. Результаты расчёта и верификация
- ✓Сужение проходного сечения в шахматном пучке разгоняет межтрубные струи воды до |U|_max = 7,26 м/с (в 2,90 раза выше входной скорости).
- ✓Суммарный перепад статического давления на трёх рядах пучка составляет Δp = 179,1 кПа (пик торможения на лобовых образующих +188,6 кПа, разрежение на миделе труб −54,2 кПа).
- ✓Интегральная сила гидродинамического сопротивления на трубах составляет F_D = 1 266,9 Н; срывные сдвиговые слои в кормовых дорожках за трубами имеют завихренность |ω|_max = 535,7 с⁻¹ и Q_max = 6,26×10⁴ с⁻² (дисбаланс расхода 0,61%).
Проектировщики теплообменного и котельного оборудования используют CFD в WebCAE для выбора коридорной или шахматной компоновки пучков, расчёта гидравлических потерь в межтрубном пространстве и оценки гидродинамических сил на трубах.
14 дней полного доступа ко всем функциям Pro. Платёж спишется только через 2 недели, если не отменить подписку.
- ✓14 дней триала (0 $ сегодня) (отмена в 1 клик)
- ✓До 1,5 млн+ степеней свободы (прямой sparse-решатель)
- ✓Нативные приложения Windows и macOS (100% offline)
- ✓Нелинейный контакт и устойчивость (Kσ, MITC4, RBE2/RBE3)
Задать вопрос расчётчикам по вашей задаче
Опишите вашу деталь или конструкцию — ответим в течение 2 часов.
Нужна мгновенная консультация по МКЭ или этому кейсу?
Нажмите на кнопку ИИ-чата в правом нижнем углу экрана — ассистент разберёт постановку задачи, формулы сопротивления материалов и команды DSL за 3 секунды.
Другие расчётные кейсы и модели
Двухвходовой вихревой смесительный коллектор с отбойной перегородкой (CFD)
Литая ступица ротора ВЭУ 1,5 МВт
Рабочее колесо гидротурбины Пелтона
