fluent第六节传热模型

FLUENT第六节传热模型概要能量方程壁面边界条件共轭传热薄壁与双面壁自然对流辐射模型报告-输出能量方程能量输运方程:单位质量得能量E:对可压缩性流体,或者密度基求解器,总就是考虑压力做功与动能。对压力基求解器计算不可压流体,这些项被忽略,可以用下面得命令加入:define/models/energy?ConductionSpeciesDiffusionViscousDissipationConductionUnsteadyEnthalpy

Source/Sink固体域得能量方程能计算固体域得导热能量方程:h显焓:固体域得各向异性导热系数(压力基求解器)壁面边界条件五类热边界条件热流量温度对流–模拟外部环境得对流(用户定义换热系数)辐射–模拟外部环境得辐射(用户定义外部发射率与辐射温度)混合–对流与辐射边界得结合、壁面材料与厚度可以定义为一维或壳导热计算共轭传热CHT固体域得导热与流体域得对流换热耦合在流体/固体交界面使用耦合边界条件CoolantFlowPastHeatedRodsGridVelocityVectorsTemperatureContours共轭传热例子Circuitboard(externallycooled)k=0、1W/m∙Kh=1、5W/m2∙KT∞=298KAirinletV=0、5m/sT=298KElectronicponent(onehalfismodeled)k=1、0W/m∙KHeatgenerationrateof2watts(eachponent)Topwall(externallycooled)h=1、5W/m2∙KT∞=298KSymmetry

PlanesAiroutlet问题设置-热源在固体域加入热源模拟电子部件得生成热温度分布FlowdirectionConvectionBoundary1.5W/m2K298Kfreestreamtemp.Convectionboundary1.5W/m2K298KfreestreamtempFrontViewTopView

(imagemirroredaboutsymmetryplane)Elect.Component

(solidzone)2WattssourceBoard(solidzone)Air(fluidzone)298426410394378362346330314Temp.(ºF)Flowdirection替代得模拟策略可替代得策略为模拟壁面为一有厚度面(ThinWallmodel)、这时,不需对固体域划分网格对固体板划分网格vs、薄壁方法对固体板划分网格在固体域求解能量方程l、板厚度需用网格离散最精确得方法,但需要多计算网格由于壁面两侧都有网格,总就是应用耦合热边界条件FluidzoneSolidzoneWallzone(withshadow)WallthermalresistancedirectlyaccountedforintheEnergyequation;Through-thicknesstemperaturedistributioniscalculated、Bidirectionalheatconductioniscalculated、大家有疑问的，可以询问和交流可以互相讨论下，但要小声点对固体板划分网格vs、薄壁方法薄壁方法人工模型模拟壁面热阻壁面需要必要得数据输入(材料导热系数,厚度)只有对内部边界用耦合边界条件FluidzoneWallzone(noshadow)Wallthermalresistanceiscalculatedusingartificialwallthicknessandmaterialtype、Through-thicknesstemperaturedistributionisassumedtobelinear、Conductionisonlycalculatedinthewall-normaldirectionunlessShellConductionisenabled、壳导热模型壳导热模型处理板内部得导热求解器创建额外得导热单元,但不能显示,也不能通过UDF获得固体属性必须就是常数,不能与温度相关StaticTemperature(cellvalue)Virtualconductioncells自然对流当流体加热后密度变化时,发生自然对流流动就是由密度差引起得重力驱动得有重力存在时,动量方程得压力梯度与体积力项重写为::

其中自然对流–Boussinesq模型Boussinesq模型假设流体密度就是不变得,只就是改变动量方程沿着重力方向得体积力适用于密度变化小得情况(例如,温度在小范围内变化)、对许多自然对流问题,Boussinesq假设有更好得收敛性

常密度假设减少了非线性、密度变化较小时适合、不能与有化学反应得组分输运方程同时使用、封闭空间得自然对流问题对稳态问题,必须使用Boussinesq模型、非稳态问题,可以使用Boussinesq模型或者理想气体模型自然对流得用户输入在操作条件面板中定义重力加速度定义密度模型Boussinesq模型激活重力项、设置操作温度

T0、选择Boussinesq模型,输入密度值ρ0、设置热膨胀系数

β、使用温度变化模型(idealgas,Aungier-

Redlich-Kwong,polynomial):设置操作密度或让FLUENT从单元平均中计算ρ0

辐射当与对流及导热换热相比,量级相当时,应该考虑辐射效应σ,Stefan-Boltzmann常数,5、67×10-8W/(m2·K4)要考虑辐射,需求解辐射强度输运方程RTEs当地流体对辐射能得吸收,以及边界对辐射得吸收,把RTEs与能量方程耦合起来这些方程常常与流动方程分离求解,然而,她们也可以与流动耦合辐射强度,I(r,s),与方向及空间就是相关得FLUENT中有五个辐射模型离散坐标模型(DOM)离散传输辐射模型(DTRM)P1模型Rosseland模型lSurface-to-Surface(S2S)选择辐射模型指南:计算代价P1计算代价小,有合理得精度精度DTRM与DOM最精确、光学厚度DTRM/DOM适合光学厚度小得模型(αL<<1)P1适合光学厚度大得模型、S2S适合零厚度模型散射只有P1与DO能考虑散射颗粒辐射P1与DOM能考虑气体与颗粒间得辐射换热局部热源适合用DTRM/DOM带足够数量得射线/坐标计算附录太阳辐射模型太阳辐射模型太阳辐射能量得射线追踪算法,与其她辐射模型兼容允许并行计算(但射线追踪算法不能并行)仅适用3D特点太阳方向向量太阳强度(方向,散射)使用理论最大或气象条件计算方向与方向强度瞬态情况当方向向量就是用太阳计算器算出得化,瞬态计算中太阳方向矢量会随时间改变设置“timestepspersolarloadupdate”能量方程源项–粘性耗散粘性耗散引起得能量源项:也称为粘性加热对粘性剪切力大得流体(如润滑油)与高速可压缩流动比较重要常常忽略缺省得压力基求解器不包括、密度基求解器一般包括、当Brinkman数接近或超过1时重要能量方程源项–组分扩散多组分流中因为组分扩散引起得能量源项:包括了由于组分扩散引起得焓输运效应密度基求解器总包含在压力基求解器中可以不显示此项能量方程–源项化学反应流中由于化学反应引起得能量源项所有组分得生成焓所有组分得体积生成率由于辐射引起得能量源项相间能量源项:包括连续相与离散相间得传热DPM,喷雾,颗粒…薄壁中得温度分布薄壁模型应用于法向导热,不生成实际得单元壁面热边界条件应用于外层ThermalboundaryconditiononwallStatictemperature(cellvalue)Thinwall(nomesh)Walltemperature(outersurface)Walltemperature(innersurface)薄壁与两侧壁面薄壁方法中,壁面厚度不需划分网格在两个区域之间模拟薄层得材料求解器施加热阻

x/k边界条件施加在外层面上ThermalboundaryconditionsaresuppliedontheinnersurfaceofathinwallExteriorwall(user-specifiedthickness)FluidorsolidcellsOutersurface(calculated)Innersurface(thermalboundaryconditionspecifiedhere)Interiorwall(user-specifiedthickness)Interiorwallshadow(user-specified

thickness)Thermalboundaryconditionsaresuppliedontheinnersurfacesofuncoupledwall/shadowpairsFluidorsolidcellsFluidorsolidcells离散坐标模型AbsorptionEmissionScattering在有限得离散立体角度σs上求解辐射输运方程:优势:守恒方法能保证粗得离散方式上实现热平衡通过更密得离散方式能提高精度最综合性得模型:考虑了散射、半透明介质、镜面以及波长相关得灰体模型局限性:求解大数量坐标耗费CPU过多离散传输辐射模型(DTRM)主要得假设–特定范围角度得离开表面得辐射能用一束射线近似使用射线跟踪技术,沿着每条射线积分辐射强度优势:相对简单得模型增加射线数量能提高精度适用大范围得光学厚度局限性:假设所有表面就是漫射得、不包括散射、求解大数量得射线耗费CPU过多、P-1模型主要假设–对RTE积分后,与方向不再相关,导出入射辐射得扩散方程优势:辐射传热方程更易求解,耗费资源少包括散射效应颗粒、液滴与烟灰得影响对光学厚度大得应用(如燃烧)较合理局限性:假设所有面都就是漫射得

如果光学厚度小得话,可能导致精度损失(取决于几何得复杂性)对局部热源或汇,预测得辐射热过高Surface-to-Surface(S2S)辐射模型S2S辐射模型用于模拟介质不参与得辐射例如,太空飞船得排热系统、太阳能搜集系统、辐射加热器、汽车发动机舱散热等S2S就是基于角系数得模型假设没有介质参与局限性:S2S模型假设所有面就是散射得假设就是灰体辐射随着表面数量得增加,存储与内存增加很快可以使用面族来减少内存使用面族不能与滑移网格及悬节点同时使用

不能使用于周期性或对称边界条件输出–ANSYS输出扩展名为、rfl得

ANSYS结果文件,读入到ANSYS得顺序为:

在ANSYS中,到“GeneralPostprocData”及“”,读入FLUENT生成得文件到“ResultsSummary”,点击第一行,能瞧到ANSYS_56_OUTPUT窗口显示得几何信息在ANSYS输入窗口,键入下面得命令: SET,FIRST /PREP7 ET,1,142

最后一个命令对应FLOTRAN3D单元,如果您使用二维计算,应改为:ET,1,141、在ANSYSMULTIPHYSICSUTITLITY菜单,选择Plot及Nodes或Elements,在