給大佬的fluent介紹培訓(xùn)06傳熱模型

1、ANSYSFLUENT培訓(xùn)第六節(jié)：傳熱模型亞太科技（）ra Global Company PERA China概要能量方程壁面邊界條件共軛傳熱薄壁和雙面壁自然對流輻射模型-輸出ra Global Company PERA China能量方程能量輸運方程:UnsteadyConductionConductionSpecies DiffuViscous DissipationEn Sourlpyink質(zhì)量的能量 E : 對可壓縮性流體，或者密度基求解器，總是考慮壓力做功和動能。對壓令加入:力基求解器計算不可壓流體，這些項被忽略，可以用下面 define/ms/energy?ra Global Co

2、mpany PERA China固體域的能量方程能計算固體域的導(dǎo)熱能量方程: h 顯焓:固體域的各向異性導(dǎo)熱系數(shù)（壓力基求解器）ra Global Company PERA China壁面邊界條件五類熱邊界條件熱流量溫度對流 模擬外部環(huán)境的對流（用戶定義換熱系數(shù)）輻射 模擬外部環(huán)境的輻射（用戶定義外部發(fā)射率和輻射溫度）混合 對流和輻射邊界的結(jié)合.壁面材料和厚度可以定義為一維或殼導(dǎo)熱計算ra Global Company PERA China共軛傳熱CHT固體域的導(dǎo)熱和流體域的對流換熱耦合在流體/固體交界面使用耦合邊界條件GridVelocity VectorsTemperature Conto

3、ursCoolant Flost Heated Rodsra Global Company PERA China共軛傳熱例子Air outletSymmetry PlanesTop wall (externally cooled) h = 1.5 W/m2KT = 298 KElectronic Component(one half is m k = 1.0 W/mKed)Heat generation rate of 2 watts (each component)Air inletV = 0.5 m/s T = 298 KCircuit board (externally cooled)

4、k = 0.1 W/mKh = 1.5 W/m2K T = 298 Kra Global Company PERA China問題設(shè)置-熱源在固體域加入熱源模擬電子的生成熱ra Global Company PERA China溫度分布Air (fluid zone)Convection boundary1.5 W/m2 K298 K free stream tempFlow directionTemp. (F)426410394378362346330314298Front ViewBoard (solid zone)Elect. Component (solid zone)2 Watts

5、sourceConvection Boundary1.5 W/m2 K298 K free stream temp.Flow directionTop View(image mirrored about symmetry plane)ra Global Company PERA China替代的模擬策略可替代的策略為模擬壁面為一有厚度面 (Thin Wall m這時，不需對固體域劃分網(wǎng)格).ra Global Company PERA China對固體板劃分網(wǎng)格 vs. 薄壁方法對固體板劃分網(wǎng)格在固體域求解能量方程l.板厚度需用網(wǎng)格離散最精確的方法，但需要多計算網(wǎng)格由于壁面兩側(cè)都有網(wǎng)格，總是應(yīng)

6、用耦合熱邊界條件Fluid zoneWall zone (with shadow)Solid zoneWall thermaldirectly accounted forheEnergy equation; Through-thickness temperaturedistribution is calculated.Bidirectional heat conduction is calculated.ra Global Company PERA China對固體板劃分網(wǎng)格 vs. 薄壁方法薄壁方法人工模型模擬壁面熱阻壁面需要必要的數(shù)據(jù)輸入（材料導(dǎo)熱系數(shù)，厚度） 只有對邊界用耦合邊界條件(n

7、o shadow)Wall thermalis calculated using artifilwall thickness and material type. temperature distribution is a Conduction is only calculatedThrough-thicknessmed to be linear. he wall-normaldirection unless SConduction is enabled.ra Global Company PERA China殼導(dǎo)熱模型殼導(dǎo)熱模型處理板導(dǎo)熱的求解器創(chuàng)建額外的導(dǎo)熱單元，但不能顯示，也不能通過UD

8、F獲得固體屬性必須是常數(shù)，不能和溫度相關(guān)Sic Temperature (cell value)Virtual conduction cellsra Global Company PERA China自然對流當流體加熱后密度變化時，發(fā)生自然對流是由密度差引起的重力驅(qū)動的有重力存在時，動量方程的壓力梯度和體積力項重寫為：:其中ra Global Company PERA China自然對流 Boussinesq 模型Boussinesq 模型假設(shè)流體密度是不變的，只是改變動量方程沿著重力方向的體積力 適用于密度變化小的情況 (例如，溫度在小范圍內(nèi)變化).對許多自然對流問題，Boussinesq

9、假設(shè)有更好的收斂性常密度假設(shè)減少了非線性.密度變化較小時適合.不能和有化學(xué)反應(yīng)的組分輸運方程同時使用.封閉空間的自然對流問題對穩(wěn)態(tài)問題，必須使用 Boussinesq 模型.非穩(wěn)態(tài)問題，可以使用 Boussinesq 模型或者理想氣體模型ra Global Company PERA China自然對流的用戶輸入在操作條件面板中定義重力加速度定義密度模型Boussinesq 模型激活重力項.設(shè)置操作溫度 T0.選擇 Boussinesq 模型，輸入密度值 0.設(shè)置熱膨脹系數(shù) .使用溫度變化模型 (ideal gas, Aungier-Redlich-Kwong, polynomial):設(shè)置操作

10、密度或讓 FLUENT 從單元平均中計算 0ra Global Company PERA China輻射當和對流及導(dǎo)熱換熱相比，量級相當時，應(yīng)該考慮輻射效應(yīng) ， Stefan-Boltzmann常數(shù), 5.6710-8 W/(m2K4)要考慮輻射，需求解輻射強度輸運方程RTEs 當?shù)亓黧w對輻射能的吸收，以及邊界對輻射的吸收，把RTEs 和能量方程耦合起來 這些方程常常和方程分離求解，然而，他們也可以和耦合輻射強度, I(r,s),和方向及空間是相關(guān)的FLUENT中有五個輻射模型離散坐標模型 (DOM)離散傳輸輻射模型 (DTRM) P1 模型Roand 模型lSurface-to-Surfac

11、e (S2S)ra Global Company PERA China選擇輻射模型指南：計算代價P1 計算代價小，有合理的精度精度DTRM 和 DOM 最精確.光學(xué)厚度DTRM/DOM 適合光學(xué)厚度小的模P1 適合光學(xué)厚度大的模型. S2S 適合零厚度模型散射只有 P1 和 DO能考慮散射顆粒輻射P1 和 DOM 能考慮氣體和顆粒間的輻射換熱局部熱源適合用DTRM/DOM 帶足夠數(shù)量的射線/坐標計算ra Global Company PERA China附錄ra Global Company PERA China輻射模型輻射模型輻射能量的射線追蹤算法，和其他輻射模型兼容允許并行計算（但射線追蹤

12、算法不能并行）僅適用3D特點方向向量強度（方向，散射）使用理論最大或氣象條件計算方向和方向強度瞬態(tài)情況當方向向量是用 的化，瞬態(tài)計算中會隨時間改變計算器算出方向矢量設(shè)置 “time steps per solar load update”ra Global Company PERA China能量方程源項 粘性耗散粘性耗散引起的能量源項:也稱為粘性加熱對粘性剪切力大的流體（如潤滑油）和高速可壓縮比較重要常常忽略缺省的壓力基求解器不包括.密度基求解器一般包括.當 Brinkman 數(shù)接近或超過1時重要ra Global Company PERA China能量方程源項 組分擴散多組分流中因為組分

13、擴散引起的能量源項：包括了由于組分擴散引起的焓輸運效應(yīng)密度基求解器總包含在壓力基求解器中可以不顯示此項ra Global Company PERA China能量方程 源項化學(xué)反應(yīng)流中由于化學(xué)反應(yīng)引起的能量源項所有組分的生成焓所有組分的體積生成率由于輻射引起的能量源項相間能量源項:包括連續(xù)相和離散相間的傳熱DPM, 噴霧, 顆粒ra Global Company PERA China薄壁中的溫度分布薄壁模型應(yīng)用向?qū)?，不生成實際的單元壁面熱邊界條件應(yīng)用于外層Sic temperatureWall temperature (outer surface)(cell value)Thin wall

14、(no mesh)Thermal boundary condition on wallWall temperature (inner surface)ra Global Company PERA China薄壁和兩側(cè)壁面薄壁方法中，壁面厚度不需劃分網(wǎng)格在兩個區(qū)域之間模擬薄層的材料求解器施加熱阻 x/k邊界條件施加在外層面上erior wall (user-specified thickness)erior wall shadow(user-specifiedExterior wall (user-specified thickness)ness)Outer surface(calculated

15、)orInner surface (thermal boundary condition specified here)2 or2Fluid or solid cellsFluid or solid cellsFluid or solid cellsxk1k2Thermal boundary conditions ared on the inner surface of a thinwallThermal boundary conditions ared on the inner surfa uncoupled wall/shadoof irsra Global Company PERA Ch

16、inathick離散坐標模型在有限的離散角度s上求解輻射輸運方程 :AbsorptionEmisScattering優(yōu)勢:守恒方法能保證粗的離散方式上實現(xiàn)熱平衡通過更密的離散方式能提高精度最綜合性的模型:考慮了散射、半透明介質(zhì)、鏡面以及波長相關(guān)的灰體模型局限性: 求解大數(shù)量坐標耗費CPU過多ra Global Company PERA China離散傳輸輻射模型 (DTRM)主要的假設(shè) 特定范圍角度的離開表面的輻射能用一束射線近似使用射線技術(shù)，沿著每條射線積分輻射強度優(yōu)勢:相對簡單的模型增加射線數(shù)量能提高精度適用大范圍的光學(xué)厚度局限性:假設(shè)所有表面是漫射的.不包括散射.求解大數(shù)量的射線耗費CP

17、U過多.ra Global Company PERA ChinaP-1 模型主要假設(shè) 對RTE積分后，和方向不再相關(guān)，導(dǎo)出入射輻射的擴散方程優(yōu)勢:輻射傳熱方程更易求解，耗費資源少包括散射效應(yīng)顆粒、液滴和煙灰的影響對光學(xué)厚度大的應(yīng)用（如燃燒）較合理局限性:假設(shè)所有面都是漫射的如果光學(xué)厚度小的話，可能導(dǎo)致精度損失（取決于幾何的復(fù)雜性） 對局部熱源或匯，的輻射熱過高ra Global Company PERA ChinaSurface-to-Surface (S2S) 輻射模型S2S輻射模型用于模擬介質(zhì)不參與的輻射 例如，太空飛船的排熱系統(tǒng)、能搜集系統(tǒng)、輻射加熱器、汽車發(fā)艙散熱等S2S 是基于角系數(shù)

18、的模型假設(shè)沒有介質(zhì)參與局限性:S2S 模型假設(shè)所有面是散射的假設(shè)是灰體輻射 隨著表面數(shù)量的增加，和內(nèi)存增加很快可以使用面族來減少內(nèi)存使用面族不能和滑移網(wǎng)格及懸節(jié)點同時使用 不能使用于周期性或?qū)ΨQ邊界條件ra Global Company PERA China輸出 ANSYS輸出擴展名為 .rfl的 ANSYS 結(jié)果文件，讀入到ANSYS的順序為：1.在 ANSYS中，到“ General FLUENT生成的文件tproc Data”及“ File Options”，讀入2.到“ Resultmmary ”，點擊第一行，能看到ANSYS_56_OUTPUT窗口顯示的幾何信息3.在 ANSYS 輸

19、入窗口，鍵入下面SET,/PREP7ET,1,142令:最后一個命令對應(yīng) FLOTRAN 3D 單元，如果你使用二維計算，應(yīng)改為：ET,1,141.在 ANSYS MULTIPHYSICS UTITLITY 菜單，選擇 Plot 及 Nodes 或Elements, 在 下拉窗口的Results中，選擇包括節(jié)點4.ra Global Company PERA China輸出 ANSYS通過 GUI 或 TUI輸出ANSYS 文件/file/export/ansysfile-name文件包括坐標、連接關(guān)系及下面的標量： Density, viscosity X, Y, Z velocity, p

20、retemperaturere,Turbulence kinetic energy, turbulence dissipation rate, turbulent viscosity, effective viscosityThermal conductivity (laminar, turbulent, effective) Total prere and temperature, prere coefficient, Machnumber, stream function, heat flux, heat transfer coefficient,wall shear stress, specific heatra Global Company PERA China輸出 ABAQUS輸出文件（ file.aba）包括坐標、連接關(guān)系、選擇的載荷、域組、速度、選擇的