基于POD方法的扁管管翅式換熱器換熱數(shù)值模擬.pdf

1、特征正交分解(POD)是一種有效分析高維數(shù)據(jù)的方法，該方法利用奇異值分解(SVD)方法得到一組滿足最小二乘意義下能量最優(yōu)的基函數(shù)，利用少量譜系數(shù)與這組基函數(shù)進(jìn)行線性疊加可以重構(gòu)出高維物理問題。本文建立了POD低階模型，并用于對扁管管翅式換熱器流動與傳熱過程的數(shù)值分析，比較了分別采用POD低階模型中的插值和投影兩種方法對換熱器換熱的求解結(jié)果。所做主要工作如下:
　　(1)采用有限容積法對扁管管翅式換熱器換熱單元進(jìn)行了數(shù)值分析，計(jì)算中

2、改變的參數(shù)主要有:翅片間空氣雷諾數(shù)及換熱器的結(jié)構(gòu)參數(shù)。氣流速度以工程實(shí)際中管翅式換熱器氣側(cè)空氣能達(dá)到的實(shí)際流速為準(zhǔn);換熱器結(jié)構(gòu)參數(shù)主要改變翅片間距和橫向管間距兩個參數(shù)。將SIMPLE算法所得穩(wěn)態(tài)模型結(jié)果作為POD低階模型樣本以及同POD方法模擬結(jié)果比對的參考值。
　　(2)采用Newton插值、拉格朗日插值、樣條插值等插值方法進(jìn)行了單變量及多變量的譜系數(shù)耦合計(jì)算，對比各類插值方法所得結(jié)果，選擇較優(yōu)的POD插值模型進(jìn)行溫度場的重構(gòu)。

3、
　　(3)POD投影方法選擇能量方程進(jìn)行降維投影，推導(dǎo)出適用于三維適體坐標(biāo)下的POD投影方程，構(gòu)建POD投影低階模型，代入基函數(shù)求解得到投影方程的譜系數(shù)。將譜系數(shù)與基函數(shù)相乘疊加，重構(gòu)出待求條件下的溫度場。
　　計(jì)算結(jié)果表明，POD插值法和投影法對于多變量的穩(wěn)態(tài)問題均是適用的，且POD方法在計(jì)算耗時上遠(yuǎn)遠(yuǎn)少于傳統(tǒng)FVM計(jì)算方法。對比兩類模型模擬結(jié)果，POD投影的低階模型推導(dǎo)過程復(fù)雜，但是模型健壯性更好，對于幾何邊界復(fù)雜多變

4、的物理問題計(jì)算精度也有明顯優(yōu)勢。由于不同插值方法均存在一定的局限性，在利用POD插值方法進(jìn)行物理場重構(gòu)時，不同插值方法下的模擬精度差別較大，總體插值結(jié)果相比于原物理場誤差較大，故健壯性較差，但是總體來說POD插值方法計(jì)算簡單，計(jì)算原理清晰易懂，同時計(jì)算運(yùn)行耗時均低于POD投影計(jì)算。
　　通過改變管翅式換熱器空氣側(cè)雷諾數(shù)、翅片間距以及橫向管間距三個參數(shù)，獲得了多結(jié)構(gòu)換熱器在多工況下運(yùn)行的傳熱性能。本文計(jì)算方法大大提高了數(shù)值模擬效率，