大自然充满了违反直觉现象；我对每天的例子感到着迷，例如我们今年夏天谈论的例子，吉尼斯一品脱的气泡，但我不得不说工程学也有相当多的示例。同轴管道中的热交换概念使我成为学生，这向我展示了想要优化其设计的工程师的典型态度。在这种热交换器中，这两种流都处于热和冷，可能会沿相同方向流动（平行流），但通常工程师更喜欢逆转一个流的方向（反流），因为他们发现它更有效。这个设计思想的简单性令人震惊。对于年轻的工程师来说，这一点根本不是直观的。
同轴热交换器的草图。
为什么要反流？
在回答之前，我们必须回答另一个问题：在这种情况下，更有效的设计的含义是什么？好吧，这意味着在计数器情况下，沿管道中的管道的平均温度差要比平行流或使用传热术语大，对数平均温度差（LMTD）更高。该设计使两条流可以在同一管道长度内交换更多热量（请参见下面的图）。当然，这会导致材料减少，进而降低成本。
平行 - 与反流温度曲线。
设计热交换器
设计热交换器时，需要确定几个参数。例如所需的交换器区域，或保证所需温度曲线的最小质量流量。还应考虑湍流传输特性和温度依赖材料的处理。这个目标可用于许多手册，列表，方程式等。这些工具在早期设计阶段非常有帮助，但是它们导致繁琐，容易出错和冗长的计算，同时还依靠简化的假设。为了验证设计并优化了建议的解决方案，工程师必须进行仿真。
现在，让我向您展示模拟如何真正有所帮助。使用comsol多物理学和管道流量模块我解决了上面草图中描述的设计问题。
问题定义
给定同轴反流热交换器，其所有几何特性，流体和实心特性，入口温度和入口质量流量均固定，即（a）热流的出口温度为12、36，36，36分别为60 m；（b）73°C的出口温度流所需的长度？考虑到溪流的湍流性质，管道的表面粗糙度以及与温度有关的材料特性。考虑完全开发的流。
设置模型后，我通过使用参数扫描和问题（b）解决了问题（a）。无梯度优化方法。这两个问题的总仿真时间均在2分钟以下，您可以在下面的图中看到结果。我对结果很满意，而且我不必依靠任何粗略的简化假设。我有信心这是一个很好的设计。
问题（a）解决：沿热交换器的温度曲线。
问题（b）解决：热交换器的最佳长度为24.9米。
评论（4）
托马斯·拉德克（Thomas Radtke）
2015年1月16日对于Comsol来说，我仍然很陌生，我发现这篇博客文章很有趣。该模型可供下载吗？我不完全了解外管的简化横截面（即环形）是如何在管道流量模块中解释的……！谁能提示？
瓦莱里奥·马拉（Valerio Marra）
2015年1月16日亲爱的托马斯，
我建议从这里可用的模型开始：
//www.dvdachetez.com/models/pipe-flow-module
实现您要寻找的多物理耦合的边界条件称为壁热传递，用于在管壁上建立热量交换。例如，您可以定义外部温度和在墙壁上进行的传热性质。
此致，
瓦莱里奥
托马斯·拉德克（Thomas Radtke）
2015年1月18日瓦莱里奥（Valerio），
感谢您的快速答复和指针指向示例模型。我猜想了一下，我会弄清楚。因此，墙传热是双向工作的吗？我之所以感到困惑，是因为在这种情况下对墙的自然解释是管道的外墙。也就是说，（忽略与环境的热量交换）内管和环之间的整个热传递在壁传输中定义在内管道中，对吗？
谢谢，最好的问候，
托马斯
瓦莱里奥·马拉（Valerio Marra）
2015年1月21日嗨，托马斯，
您的直觉是正确的，您将能够建立一种墙传输的墙传输。
瓦莱里奥