熱交換器ライブラリ (Heat Exchanger Library) は、 熱交換器 の設計と解析のための環境を提供し、システムモデルの統合に便利なインタフェースを備えています。プレート型やマイクロチャネル型などのコンパクトな設計に重点を置いた多数のジオメトリベースの 熱交換器 が含まれています。冷媒などの二相媒体や、非圧縮性液体、空気、加圧ガスなどの単相流体の両方に対応しています。

熱伝達と圧力損失の計算には、公開文献からの最新の係数、または実験データをキャリブレーションして得たユーザ定義の運転点における値を用いることができます。ライブラリのオープン性により、ユーザはライブラリから利用可能なサブコンポーネントやテンプレートに、組織内の知識に基づいた独自のモデルを組み込むことができます。

熱交換器ライブラリのキーポイントの 1 つは、 熱交換器 の位置が性能に与える影響を調査するために、 熱交換器 を手軽に直列セットアップできることです。熱交換器内の温度と流速の分布は、熱交換器内部でモニターするか、 CFD データなどから 2D 境界条件として提供することができます。一般的な例としては、自動車のフロントグリル開口部の後方に位置するエアフロー中の熱交換器スタックがあります。

熱交換器ライブラリは、蒸気サイクルライブラリ液体冷却ライブラリとシームレスに統合され、エネルギー輸送、冷却、加熱、冷凍、熱生成を含む完全な熱マネジメントアーキテクチャをモデル化します。

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製品シート
stack heat exchanger modeling
2 つの熱交換器を部分的にオーバーラップさせて障害物を置いた状態のモデル。たとえば、自動車やトラックの空気流量を研究に使用することができます。
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熱交換器ライブラリ の利点

  • 初期設計のための物理学ベースの熱伝導と圧力損失を備えたジオメトリベースの第一原理モデル。定義済みの摩擦・伝熱モデルにより、ルーバーフィンの設計の最適化が可能。
  • 実験データのキャリブレーションや、社内の知見の統合をサポート。
  • より高精度なシミュレーションのための不均一に分布する空気取り込みの捕捉効果。
  • 空気側の CFD から導出された境界条件に結合し、 CFD とシステムシミュレーションの橋渡しが可能。
  • 熱交換器の構造、サイズ、ポジショニングが異なる 熱交換器 スタックを簡単にセットアップ可能。蒸気サイクルライブラリ、液体冷却ライブラリへのネイティブなインターフェースにより、完全な熱マネジメントシステムの設計と解析が可能。

熱交換器ライブラリ の適用事例


熱交換器 スタック

熱交換器スタックは、流体回路間の重要な結合点です。熱交換器ライブラリは、詳細なジオメトリベースのモデルを提供し、エアフローの流管アプローチを使用してスタックすることができます。このアプローチにより、スタック内の各熱交換器の不均一な条件が保持されます。

ライブラリに含まれる熱交換器モデルは、均一・不均一なエアフロー流入量に対応しています。これは、合理的な数の流管に対して駆動サイクルの動作をサポートするのに十分有効です。

Modelica の統合車両熱マネジメント (Integrated Vehicle Thermal Management in Modelica) に関する技術論文では、熱交換器スタックシミュレーションの結果が冷却ユニットのコンセプト評価をサポートしていることが述べられています。

Streamtube approach and sample stack from the Heat Exchanger Library

熱交換器ライブラリの流管アプローチとサンプルスタック

熱交換器の寸法決定と設計

幅広い種類の熱交換器モデルを含む 熱交換器ライブラリ は、 熱交換器設計のための参照用ツールとして使用可能です。テストベンチが用意されており、モデリングにかかる時間とシミュレーションのセットアップにかかる時間の両方を短縮することができます。

アクティブグリルシャッター

熱交換器ライブラリは、アクティブグリルシャッターの制御方式の開発に適したツールです。

熱交換器は、多くの場合、流体回路と周囲の空気との間の物理的な境界となります。そのため、熱交換器の性能は基本的なシステム効率に影響を与えるだけでなく、空気側にも影響を及ぼすことを意味します。このトレードオフは、自動車業界で最も顕著に見られ、グリルシャッターを閉じて空気の流入量を減らすと、車両の抗力係数が減少します。熱交換器ライブラリ用いると、熱交換器を CFD の結果とシステムモデルに結合することができるため、この相互作用を研究することができます。

インタークーラー設計

インタークーラは、内燃機関の容積効率を向上させるための重要な要素です。熱交換器ライブラリには、アプリケーション固有のモデルが幅広くよういされており、空気対液体のインタークーラや吸気冷却器を表現するために、簡単にパラメーターを設定することができます。

熱交換器ライブラリは、詳細な熱交換器モデルを必要とするすべてのアプリケーションで使用されています。

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