FLUENT-第六節(jié)傳熱模型

第六節(jié)：傳熱(chuánrè)模型精品PPT概要(gàiyào)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(móxíng)報(bào)告-輸出精品PPT能量(néngliàng)方程能量輸運(yùn)方程:單位質(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(zuògōng)和動能。對壓力基求解器計(jì)算不可壓流體，這些項(xiàng)被忽略，可以用下面的命令加入:define/models/energy?ConductionSpeciesDiffusionViscousDissipationConductionUnsteadyEnthalpy

Source/Sink精品PPT固體域的能量(néngliàng)方程能計(jì)算(jìsuàn)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）精品PPT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(dǎorè)計(jì)算精品PPT共軛傳熱(chuánrè)CHT固體域的導(dǎo)熱和流體域的對流(duìliú)換熱耦合在流體/固體交界面使用耦合邊界條件CoolantFlowPastHeatedRodsGridVelocityVectorsTemperatureContours精品PPT共軛傳熱(chuánrè)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精品PPT問題(wèntí)設(shè)置-熱源在固體域加入熱源模擬電子(diànzǐ)部件的生成熱精品PPT溫度(wēndù)分布FlowdirectionConvectionBoundary1.5W/m2K298Kfreestreamtemp.Convectionboundary1.5W/m2K298KfreestreamtempFrontViewTopView

(imagemirroredaboutsymmetryplane)Elect.Component

(solidzone)2WattssourceBoard(solidzone)Air(fluidzone)298426410394378362346330314Temp.(oF)Flowdirection精品PPT替代(tìdài)的模擬策略可替代的策略為模擬(mónǐ)壁面為一有厚度面(ThinWallmodel).這時，不需對固體域劃分網(wǎng)格精品PPT對固體板劃分網(wǎng)格(wǎnɡɡé)vs.薄壁方法對固體(gùtǐ)板劃分網(wǎng)格在固體(gùtǐ)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(jì)算網(wǎng)格由于壁面兩側(cè)都有網(wǎng)格，總是應(yīng)用耦合熱邊界條件FluidzoneSolidzoneWallzone(withshadow)WallthermalresistancedirectlyaccountedforintheEnergyequation;Through-thicknesstemperaturedistributioniscalculated.Bidirectionalheatconductioniscalculated.精品PPT對固體板劃分(huàfēn)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(zhǐyǒu)對內(nèi)部邊界用耦合邊界條件FluidzoneWallzone(noshadow)Wallthermalresistanceiscalculatedusingartificialwallthicknessandmaterialtype.Through-thicknesstemperaturedistributionisassumedtobelinear.Conductionisonlycalculatedinthewall-normaldirectionunlessShellConductionisenabled.精品PPT殼導(dǎo)熱(dǎorè)模型殼導(dǎo)熱模型處理板內(nèi)部的導(dǎo)熱求解器創(chuàng)建額外的導(dǎo)熱單元，但不能顯示，也不能通過UDF獲得固體屬性必須(bìxū)是常數(shù)，不能和溫度相關(guān)StaticTemperature(cellvalue)Virtualconductioncells精品PPT自然(zìrán)對流當(dāng)流體加熱后密度變化(biànhuà)時，發(fā)生自然對流流動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(xiàng)重寫為：: 其中精品PPT自然(zìrán)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(duìliú)問題，Boussinesq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(yùn)方程同時使用.封閉空間的自然對流(duìliú)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精品PPT自然對流的用戶(yònghù)輸入在操作條件(tiáojiàn)面板中定義重力加速度定義密度模型Boussinesq模型激活重力項(xiàng).設(shè)置操作溫度T0.選擇Boussinesq模型，輸入密度值ρ0.設(shè)置熱膨脹系數(shù)β.使用溫度變化模型(idealgas,Aungier-

Redlich-Kwong,polynomial):設(shè)置操作密度或讓FLUENT從單元平均中計(jì)算ρ0

精品PPT輻射(fúshè)當(dāng)和對流及導(dǎo)熱換熱相比，量級相當(dāng)時，應(yīng)該考慮輻射效應(yīng)σ，Stefan-Boltzmann常數(shù),5.67×10-8W/(m2·K4)要考慮輻射，需求解輻射強(qiáng)度輸運(yùn)方程RTEs當(dāng)?shù)亓黧w對輻射能的吸收(xīshōu)，以及邊界對輻射的吸收(xīshōu)，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(qiáng)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(biāo)模型(DOM)離散傳輸輻射模型(DTRM)P1模型Rosseland模型lSurface-to-Surface(S2S)精品PPT選擇(xuǎnzé)輻射模型指南：計(jì)算代價P1計(jì)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)厚度小的模型(αL<<1)P1適合光學(xué)厚度大的模型.S2S適合零厚度模型散射只有(zhǐyǒu)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(biāo)計(jì)算精品PPT附錄(fùlù)精品PPT太陽輻射(tàiyánɡfúshè)模型太陽輻射模型太陽輻射能量的射線追蹤算法(suànfǎ)，和其他輻射模型兼容允許并行計(jì)算（但射線追蹤算法(suànfǎ)不能并行）僅適用3D特點(diǎn)太陽方向向量太陽強(qiáng)度（方向，散射）使用理論最大或氣象條件計(jì)算方向和方向強(qiáng)度瞬態(tài)情況當(dāng)方向向量是用太陽計(jì)算器算出的化，瞬態(tài)計(jì)算中太陽方向矢量會隨時間改變設(shè)置“timestepspersolarloadupdate”精品PPT能量(néngliàng)方程源項(xiàng)–粘性耗散粘性耗散引起的能量(néngliàng)源項(xiàng):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(dāng)Brinkman數(shù)接近或超過1時重要精品PPT能量方程(fāngchéng)源項(xiàng)–組分?jǐn)U散多組分流中因?yàn)榻M分?jǐn)U散引起的能量源項(xiàng)：包括了由于組分?jǐn)U散引起的焓輸運(yùn)效應(yīng)(xiàoyìng)密度基求解器總包含在壓力基求解器中可以不顯示此項(xiàng)精品PPT能量(néngliàng)方程–源項(xiàng)化學(xué)反應(yīng)(huàxuéfǎnyìng)流中由于化學(xué)反應(yīng)(huàxuéfǎnyìng)引起的能量源項(xiàng)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(xiàng)相間能量源項(xiàng):包括連續(xù)相和離散相間的傳熱DPM,噴霧,顆粒…精品PPT薄壁中的溫度(wēndù)分布薄壁模型應(yīng)用于法向?qū)?xiàngdǎo)熱，不生成實(shí)際的單元壁面熱邊界條件應(yīng)用于外層ThermalboundaryconditiononwallStatictemperature(cellvalue)Thinwall(nomesh)Walltemperature(outersurface)Walltemperature(innersurface)精品PPT薄壁和兩側(cè)(liǎnɡcè)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(cáiliào)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精品PPT離散(lísàn)坐標(biāo)模型AbsorptionEmissionScattering在有限的離散立體角度σs上求解輻射輸運(yùn)方程:優(yōu)勢:守恒方法能保證(bǎozhèng)粗的離散方式上實(shí)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(biāo)耗費(fèi)CPU過多精品PPT離散傳輸輻射(fúshè)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(shǐyòng)射線跟蹤技術(shù)，沿著每條射線積分輻射強(qiáng)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(fèi)CPU過多.精品PPTP-1模型(móxíng)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(kuò)散方程優(yōu)勢:輻射傳熱方程更易求解，耗費(fèi)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(ránshāo)）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，預(yù)測的輻射熱過高精品PPTSurface-to-Surface(S2S)輻射(fúshè)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)、太陽能搜集系統(tǒng)、輻射加熱器、汽車發(fā)動機(jī)艙散熱等S2S是基于角系數(shù)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(zēngjiā)，存儲和內(nèi)存增加(zēngjiā)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(diǎn)同時使用不能使用于周期性或?qū)ΨQ邊界條件精品PPT輸出(shūchū)–ANSYS輸出擴(kuò)展名為.rfl的ANSYS結(jié)果文件，讀入到ANSYS的順序?yàn)椋涸贏NSYS中，到“GeneralPostprocData”及“FileOptions”，讀入FLUENT生成的文件到“ResultsSummary”，點(diǎn)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 最后一個命令對應(yīng)FLOTRAN3D單元，如果(rúguǒ)你使用二維計(jì)算，應(yīng)改為：ET,1,141.在ANSYSMULTIPHYSICSUTITLITY菜單，選擇Plot及Nodes或Elements,在下拉窗口的Results中，選擇包括節(jié)點(diǎn)精品PPT輸出(shūchū)–ANSYS通過GUI或TUI輸出ANSYS文件(wénjiàn)/file/export/ansysfile-name文件(wénjiàn)包括坐標(biāo)、連接關(guān)系及下面的標(biāo)量：Density,viscosityX,Y,Zvelocity,pressure,

temperatureTurbulencekineticenergy,

turbulencedissipationrate,

turbulentviscosity,effective

viscosityThermalconductivity(laminar,turbulent,effective)Totalpressureandtemperature,pressurecoefficient,Machnumber,streamfunction,heatflux,heattransfercoefficient,wallshearstress,specificheat精品PPT輸出(shūchū)–ABAQUS輸出文件（file.aba）包括坐標(biāo)、連接關(guān)系、選擇的載荷、域組、速度、