储蓄泛滥

Stefano Argenton，研发和产品开发，Ferroli，圣博尼法西奥，意大利

燃气冷凝锅炉依赖于热交换器管内流动的热烟道气和水之间成功的热交换。锅炉和可再生能源产品制造商Ferroli使用Ansys Fluent来响应市场对高效热交换器的需求。万博网万博该结果使其工程师能够创建一个强大的，高性能冷凝热发生器的优化设计。

燃气锅炉广泛应用于家庭和商业集中供暖系统。与传统的锅炉设计不同，冷凝锅炉技术可以回收热量损失。由于冷凝锅炉更节能、更环保，一些国家要求在新装置中使用冷凝锅炉。

法罗里是一家意大利加热设备制造商，于1955年在维罗纳附近成立。该公司为全球市场带来了许多家用电器，包括一系列气体冷凝锅炉。通过创新的设计，这些锅炉提供100%的热效率-换热器将热量从燃烧过程传递到锅炉中的水或蒸汽的能力的衡量。

新设计(左)与旧设计的速度剖面对比

经过基准分析后，市场营销和研发总监决定需要一台新的锅炉。主要目标之一是提高效率和健壮性。Ferroli公司的工程师使用Ansys Fluent计算流万博体动力学(CFD)软件进行设计。仿真结果使工程师能够创建一个良好的设计，实现设备的效率和耐用性的要求。

锅炉内部

在供热系统中循环的“给水”是冷却的，它通过锅炉底部的管道进入。当它通过热交换器向上流动时，它被重新加热。然后热水通过锅炉顶部的“供应”管道离开，继续在加热系统中循环。

当烟气从燃烧室通过壳体向下传导时，其热量也传递给冷却的给水。当这种烟气冷却时，其中所含的水蒸气逐渐凝结。冷凝水通过污水管排出。因此，冷凝技术回收了原本会通过烟道流失到环境中的热量。

热交换器内对两种流体之间的成功热传递至关重要的组件是管板和挡板。管板是固定在热交换器两端的板。它是焊接在外壳上，并包括孔，通过这些孔可以插入包含流动水的管道。位于壳体内的挡板设计用于支撑管道，并将烟气直接穿过管束，从而实现高效传热。

使用Ansys Fluent后，Ferroli立即节省了7.5万欧元的设备和人力成本，但更快地将其推向市场所带来的收益是无法估量的。万博

新挡板形状下新锅炉的速度分布

以前锅炉挡板的速度剖面设计

设备改进的关键

当Ferroli的工程师开始新锅炉的设计研究时，首先考虑的是热交换器内部形成水垢的可能性。水垢是硬水的结果。水的特征取决于你生活在世界的哪个地方，有硬的也有软的。硬水含有大量的溶解矿物质，如钙和镁，它们可以沉淀在管道中形成坚硬的白垩质沉积物。换热器内水垢的堆积导致水滞留过热，导致钢管板温度升高。

法罗里的工程师万博Ansys流利分析换热器内部水分布的软件。他们的目标是提高管板下的换热系数，从而提高水流速度。

为了预测水进入热交换器时的流体流动行为及其在管内的分布，使用Fluent求解了流速、流路和传热的各种方程。特别是，工程师们使用K-epsilon湍流模型特征来预测湍流流动。

上板重新设计前(左)和后的温度模拟图

为解决问题所采取的步骤

工程师们首先分析了以前的锅炉设计，作为新锅炉设计研究的起点。除了通过Ansys网格划分创建的网格虚拟模型外，Ferroli的测试实验室还测试了一个物理锅炉模型。万博并将室内试验结果与仿真结果进行了比较。根据室内试验发现的传热和热损失边界条件，对模拟模型进行了更新。

根据模拟结果，结合多年锅炉设计积累的工程专业知识，工程团队决定更新挡板的形状。对新模型的分析表明，该模型在锅炉的流动和换热性能方面有了实质性的改善。

在设计上做了进一步的改变，减少了管板和挡板之间的空间，并在某些地方增加了挡板孔的直径，而在其他地方则减少了它们。这一变化可以实现最佳的流量分布，并增加了水在管板和挡板之间流动的速度。水垢不会在特定的水速值以上形成。此外，较高的上板下流速降低了钢的温度，从而提高了锅炉的使用寿命。

仅用了三次模拟就找到了正确的锅炉设计。该设计的原型于2018年8月生产并安装在Ferroli的测试实验室。经过一年的物理测试，原型机证实了Ansys分析的结果。万博

在极端工作条件下循环实验室测试时的故障图。这种情况在实际现场作业中很少遇到。

既节省时间又省钱

在此之前，已经建造了四个物理原型，以寻找提高锅炉效率和耐久性的最佳解决方案。然而，随着Fluent CFD软件的使用，新锅炉模型只需要一个物理原型。考虑到构建和测试四个原型所花费的时间，Ferroli估计，通过使用模拟，它至少节省了一年的产品设计和开发时间。在那一年里失去的机会和销售的相关成本是不可估量的。

除了节省宝贵的时间外，模拟还为公司节省了大量的设备和人力。一个物理原型的建造成本为2万欧元(约2.2万美元)，因此，通过在锅炉项目上使用模拟，Ferroli立即节省了6万欧元。至少两名操作员将花5天时间准备测试并分析物理测试数据，这估计要多花费约1.5万欧元。

由于锅炉项目节省了大量的时间和成本，Fluent CFD软件目前正在ferrli的更多项目中使用。例如，它被用于新设计的模拟，如热泵和生物质燃烧产品。万博网模拟技术的应用也在扩大，以解决其他问题并增强现有产品的性能。万博网