利用计算流体力学软件FLUENT对PTC加热器内部运行过程中的流场和温度场进行数值模拟分析

近年来，PTC加热器在电动汽车上的应用越来越广泛。 具有成本低、寿命长、节能、安全、环保、节能等特点。 电动汽车加热设备市场需求巨大。 1955年，荷兰飞利浦公司的Heyman等人首先发现了PTC材料的特性。 研究结果发现，在BaTiO3陶瓷中添加少量稀土元素后，室温电阻率显着下降，并且在很窄的温度范围内内电阻率可提高3个数量级以上。 本文利用计算流体力学软件FLUENT对PTC加热器内部运行过程中的流场和温度场进行数值模拟分析。 通过比较不同湍流强度和速度下的流场和温度场分布云图，确定最佳的工艺改进方案。 该方案并同时进行实验验证，为PTC加热器最佳工艺参数的优化提供了技术参考。 1 计算模型-PTC加热器实体模型，两端PTC加热器进出口直径为20mm，厚度为43.5mm，拐角处半径R为14.9mm。 使用Gambit预处理软件对实体模型进行网格划分。 划分的体积网格单元总数为153678个，文件以.mesh的形式保存，然后使用TGrid程序模型进行初始参数设置和环境参数设置。 并将其导入FLUENT软件中进行数值计算和仿真分析。 通过设置预处理参数和仿真软件初步确定的环境变量，包括流体的物理性质、边界条件、导热系数等参数，为温度场和速度场的仿真提供数据支持。 PTC热水器模型计算模型参数研究液体在流动过程中满足连续性方程和能量守恒方程。 液体流动过程满足能量守恒方程： (T)t+div(uT)=div(kcpgradT)+sT(1) 其中：cp、T 分别为液体的密度、比热容和温度分别为水，u为速度矢量， 为流体的传热系数，t为时间，sT为流体的内热源。 这个公式也被称为热力学第一定律。 FLUENT流体分析软件采用Mixture（混合）多相流模型，该模型用于相间耦合较强的各向同性多相流以及各相以相同速度运动的多相流。 与其他类型的湍流模型相比，标准二方程湍流模型能够更准确地模拟PTC加热器内部水流的动态过程，为流体模拟分析提供数值计算、求解方法和数据支持。 边界条件及计算方法由于流体为不可压缩液体，故PTC加热器进水速度初步认为是均匀分布的。 设置PTC加热器入口处水流的初速度为1、2、3、4m/s，湍流强度为20%、40%、60%、80%。 采用标准双方程湍流模型与实体壁防滑函数法相结合的方法[8-9]，有效提高了计算精度。 在方程Discreteization的离散格式设置中，压力方程的离散格式选择为PRESTO。 动量、湍流动能和体积分数均采用一阶迎风差分格式，压力和速度采用SIMPLE算法求解。

计算结果与分析：不同初始湍流强度下的温度场和速度场为不同湍流强度下z=21.7225mm处温度场的动态分布云图，不同湍流强度下的温度场分布为20%。 ，最低加热温度50.5，入口处温度最小。 A即将接近PTC加热器的金属板，小范围内温度逐渐升高，且温度逐渐从A向四周扩散； 可以看到，从进水口到出水口，水温逐渐升高，5个水箱内的水受热比较均匀； 当湍流强度为40%时，最高温度值达到55.5，入口和出口温度值变化较大。