第六節(jié)傳熱模型

優(yōu)選第六節(jié)傳熱模型當前1頁，總共30頁。能量方程能量輸運方程:單位質量的能量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。對壓力基求解器計算不可壓流體，這些項被忽略，可以用下面的命令加入:define/models/energy?ConductionSpeciesDiffusionViscousDissipationConductionUnsteadyEnthalpy

Source/Sink當前2頁，總共30頁。固體域的能量方程能計算固體域的導熱能量方程:h顯焓:固體域的各向異性導熱系數(shù)（壓力基求解器）當前3頁，總共30頁。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合.壁面材料和厚度可以定義為一維或殼導熱計算當前4頁，總共30頁。共軛傳熱CHT固體域的導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CoolantFlowPastHeatedRodsGridVelocityVectorsTemperatureContours當前5頁，總共30頁。共軛傳熱例子Circuitboard(externallycooled)k=0.1W/m?Kh=1.5W/m2?KT∞=298KAirinletV=0.5m/sT=298KElectronicComponent(onehalfismodeled)k=1.0W/m?KHeatgenerationrateof2watts(eachcomponent)Topwall(externallycooled)h=1.5W/m2?KT∞=298KSymmetry

PlanesAiroutlet當前6頁，總共30頁。問題設置-熱源在固體域加入熱源模擬電子部件的生成熱當前7頁，總共30頁。溫度分布FlowdirectionConvectionBoundary1.5W/m2K298Kfreestreamtemp.Convectionboundary1.5W/m2K298KfreestreamtempFrontViewTopView

(imagemirroredaboutsymmetryplane)Elect.Component

(solidzone)2WattssourceBoard(solidzone)Air(fluidzone)298426410394378362346330314Temp.(oF)Flowdirection當前8頁，總共30頁。替代的模擬策略可替代的策略為模擬壁面為一有厚度面(ThinWallmodel).這時，不需對固體域劃分網格當前9頁，總共30頁。對固體板劃分網格vs.薄壁方法對固體板劃分網格在固體域求解能量方程l.板厚度需用網格離散最精確的方法，但需要多計算網格由于壁面兩側都有網格，總是應用耦合熱邊界條件FluidzoneSolidzoneWallzone(withshadow)WallthermalresistancedirectlyaccountedforintheEnergyequation;Through-thicknesstemperaturedistributioniscalculated.Bidirectionalheatconductioniscalculated.當前10頁，總共30頁。對固體板劃分網格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（材料導熱系數(shù)，厚度）只有對內部邊界用耦合邊界條件FluidzoneWallzone(noshadow)Wallthermalresistanceiscalculatedusingartificialwallthicknessandmaterialtype.Through-thicknesstemperaturedistributionisassumedtobelinear.Conductionisonlycalculatedinthewall-normaldirectionunlessShellConductionisenabled.當前11頁，總共30頁。殼導熱模型殼導熱模型處理板內部的導熱求解器創(chuàng)建額外的導熱單元，但不能顯示，也不能通過UDF獲得固體屬性必須是常數(shù)，不能和溫度相關StaticTemperature(cellvalue)Virtualconductioncells當前12頁，總共30頁。自然對流當流體加熱后密度變化時，發(fā)生自然對流流動是由密度差引起的重力驅動的有重力存在時，動量方程的壓力梯度和體積力項重寫為：:

其中當前13頁，總共30頁。自然對流–Boussinesq模型Boussinesq模型假設流體密度是不變的，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，溫度在小范圍內變化).對許多自然對流問題，Boussinesq假設有更好的收斂性

常密度假設減少了非線性.密度變化較小時適合.不能和有化學反應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當前14頁，總共30頁。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.設置操作溫度

T0.選擇Boussinesq模型，輸入密度值ρ0.設置熱膨脹系數(shù)

β.使用溫度變化模型(idealgas,Aungier-

Redlich-Kwong,polynomial):設置操作密度或讓FLUENT從單元平均中計算ρ0

當前15頁，總共30頁。輻射當和對流及導熱換熱相比，量級相當時，應該考慮輻射效應σ，Stefan-Boltzmann常數(shù),5.67×10-8W/(m2·K4)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流動方程分離求解，然而，他們也可以和流動耦合輻射強度,I(r,s),和方向及空間是相關的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Rosseland模型lSurface-to-Surface(S2S)當前16頁，總共30頁。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.光學厚度DTRM/DOM適合光學厚度小的模型(αL<<1)P1適合光學厚度大的模型.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/坐標計算當前17頁，總共30頁。附錄當前18頁，總共30頁。太陽輻射模型太陽輻射模型太陽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（但射線追蹤算法不能并行）僅適用3D特點太陽方向向量太陽強度（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太陽計算器算出的化，瞬態(tài)計算中太陽方向矢量會隨時間改變設置“timestepspersolarloadupdate”當前19頁，總共30頁。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）和高速可壓縮流動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時重要當前20頁，總共30頁。能量方程源項–組分擴散多組分流中因為組分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密度基求解器總包含在壓力基求解器中可以不顯示此項當前21頁，總共30頁。能量方程–源項化學反應流中由于化學反應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?！斍?2頁，總共30頁。薄壁中的溫度分布薄壁模型應用于法向導熱，不生成實際的單元壁面熱邊界條件應用于外層ThermalboundaryconditiononwallStatictemperature(cellvalue)Thinwall(nomesh)Walltemperature(outersurface)Walltemperature(innersurface)當前23頁，總共30頁。薄壁和兩側壁面薄壁方法中，壁面厚度不需劃分網格在兩個區(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ThermalboundaryconditionsaresuppliedontheinnersurfaceofathinwallExteriorwall(user-specifiedthickness)FluidorsolidcellsOutersurface(calculated)Innersurface(thermalboundaryconditionspecifiedhere)Interiorwall(user-specifiedthickness)Interiorwallshadow(user-specified

thickness)Thermalboundaryconditionsaresuppliedontheinnersurfacesofuncoupledwall/shadowpairsFluidorsolidcellsFluidorsolidcells當前24頁，總共30頁。離散坐標模型AbsorptionEmissionScattering在有限的離散立體角度σs上求解輻射輸運方程: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、鏡面以及波長相關的灰體模型局限性:求解大數(shù)量坐標耗費CPU過多當前25頁，總共30頁。離散傳輸輻射模型(DTRM)主要的假設–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跟蹤技術，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厚度局限性:假設所有表面是漫射的.不包括散射.求解大數(shù)量的射線耗費CPU過多.當前26頁，總共30頁。P-1模型主要假設–對RTE積分后，和方向不再相關，導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顆粒、液滴和煙灰的影響對光學厚度大的應用（如燃燒）較合理局限性:假設所有面都是漫射的

如果光學厚度小的話，可能導致精度損失（取決于幾何的復雜性）對局部熱源或匯，預測的輻射熱過高當前27頁，總共30頁。Surface-to-Surface(S2S)輻射模型S2S輻射模型用于模擬介質不參與的輻射例如，太空飛船的排熱系統(tǒng)、太陽能搜集系統(tǒng)、輻射加熱器、汽車發(fā)動機艙散熱等S2S是基于角系數(shù)的模型假設沒有介質參與局限性:S2S模型假設所有面是散射的假設是灰體輻射隨著表面數(shù)量的增加，存儲和內存增加很快可以使用面族來減少內存使用面族不能和滑移網格及懸節(jié)點同時使用

不能使用于周期性或對稱邊界條件當前28頁，總共30頁。輸出–ANSYS輸出擴展名為.rfl的

ANSYS結果文件，讀入到ANSYS的順序為：

在ANSYS中，到“GeneralPostprocData”及“FileOptions”，讀入FLUENT生成的文件到“ResultsSummary”，點擊第一行，能看到ANSYS_56_OUTPUT窗口顯示的幾何信息在ANSYS輸入窗口，鍵入下面的命令: SET,FIRST /PREP7 ET,1,142

最后