﻿ 基于FLUENT的PTC加热器工艺参数优化及其数值模拟
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 应用科技  2017, Vol. 44 Issue (3): 61-66  DOI: 10.11991/yykj.201609013 0

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XIA Ping, YAN Lihua, CHU Husheng, et al. Process optimization and numerical simulation of PTC heater based on FLUENT[J]. Applied Science and Technology, 2017, 44(3), 61-66. DOI: 10.11991/yykj.201609013.

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Process optimization and numerical simulation of PTC heater based on FLUENT
XIA Ping, YAN Lihua, CHU Husheng, XIANG Binbin
College of Engineering, Anhui Agricultural University, Hefei 230036, China
Abstract: In order to solve the problem that the heating effect of PTC heater was not obvious, the relationship between the best use performance of PTC heater and turbulence intensity and flow velocity was studied.By using the computational fluid dynamics software Fluent, the numerical simulation analysis of the internal flow of PTC heater in electric vehicle field was simulated.The results show that the increase of turbulence intensity can improve the heating rate and reduce the damage.Also the reduction of the flow velocity can improve the temperature difference between the inlet and the outlet and the heating effect is better.The experimental results show that the results are in good agreement with the simulation results, which verifies the rationality of the improvement scheme and the reliability of the numerical simulation of the PTC heater.
Key words: PTC heater    FLUENT    numerical simulation    turbulence intensity    flow velocity    reliability    temperature field    speed field

1 计算模型 1.1 几何模型和网格划分

 图 1 PTC水加热器模型
1.2 计算模型参数研究

 $\frac{{\partial \left( {\rho T} \right)}}{{\partial t}} + {\rm{div}}\left( {\rho \mathit{\boldsymbol{u}}T} \right) = {\rm{div}}\left( {\frac{k}{{cp}}{\rm{grad}}T} \right) + {s_T}$ (1)

FLUENT流体分析软件采用的是Mixture(混合)多相流模型，用于有强相间耦合的各向同性多相流和各相以相同速度运动的多项流，相较于其他类型的湍流模型，标准的κ-ε双方程湍流模型可以更准确地模拟出PTC加热器内部水流流动的动态过程，为流体模拟分析提供数值计算、求解方法和数据支持[7]

1.3 边界条件和计算方法

2 计算结果与分析 2.1 不同初始湍流强度下温度场和速度场分析

 图 2 不同湍流强度下的温度场分布

 图 3 同湍流强度下的速度场分布
2.2 不同初始流速下的温度场和速度场分析

 图 4 不同初始流速下的温度场分布

 图 5 不同初始流速下的速度场分布
2.3 PTC加热器加热实验与结果分析

 图 6 实验仪器装置

 图 7 不同湍流强度下的温度差
 图 8 模拟温差和实验温差对比
 图 9 模拟速度和实验速度对比
3 结论

1) 利用FLUENT软件对PTC加热器工作过程中温度场和速度场进行了数值模拟分析，得出最佳工艺参数，该参数下的模拟结果与实际情况吻合较好，验证了该数值模拟对PTC加热器工艺参数的优化具有一定的参考价值。

2) 通过模拟与实验相结合的方法，得出湍流强度为60%，介质速度为2 m/s时为优化后的工艺参数，能使PTC加热器得到最佳的加热效果。

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