FLUENT第六節傳熱模型概要能量方程壁面邊界條件共軛傳熱薄壁與雙面壁自然對流輻射模型報告-輸出能量方程能量輸運方程:單位質量得能量E:對可壓縮性流體,或者密度基求解器,總就是考慮壓力做功與動能。對壓力基求解器計算不可壓流體,這些項被忽略,可以用下面得命令加入:define/models/energy?ConductionSpeciesDiffusionViscousDissipationConductionUnsteadyEnthalpy

Source/Sink固體域得能量方程能計算固體域得導熱能量方程:h顯焓:固體域得各向異性導熱系數(壓力基求解器)壁面邊界條件五類熱邊界條件熱流量溫度對流–模擬外部環境得對流(用戶定義換熱系數)輻射–模擬外部環境得輻射(用戶定義外部發射率與輻射溫度)混合–對流與輻射邊界得結合、壁面材料與厚度可以定義為一維或殼導熱計算共軛傳熱CHT固體域得導熱與流體域得對流換熱耦合在流體/固體交界面使用耦合邊界條件CoolantFlowPastHeatedRodsGridVelocityVectorsTemperatureContours共軛傳熱例子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問題設置-熱源在固體域加入熱源模擬電子部件得生成熱溫度分布FlowdirectionConvectionBoundary1.5W/m2K298Kfreestreamtemp.Convectionboundary1.5W/m2K298KfreestreamtempFrontViewTopView

(imagemirroredaboutsymmetryplane)Elect.Component

(solidzone)2WattssourceBoard(solidzone)Air(fluidzone)298426410394378362346330314Temp.(oF)Flowdirection替代得模擬策略可替代得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得方法,但需要多計算網格由于壁面兩側都有網格,總就是應用耦合熱邊界條件FluidzoneSolidzoneWallzone(withshadow)WallthermalresistancedirectlyaccountedforintheEnergyequation;Through-thicknesstemperaturedistributioniscalculated、Bidirectionalheatconductioniscalculated、大家有疑問的，可以詢問和交流可以互相討論下，但要小聲點對固體板劃分網格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得數據輸入(材料導熱系數,厚度)只有對內部邊界用耦合邊界條件FluidzoneWallzone(noshadow)Wallthermalresistanceiscalculatedusingartificialwallthicknessandmaterialtype、Through-thicknesstemperaturedistributionisassumedtobelinear、Conductionisonlycalculatedinthewall-normaldirectionunlessShellConductionisenabled、殼導熱模型殼導熱模型處理板內部得導熱求解器創建額外得導熱單元,但不能顯示,也不能通過UDF獲得固體屬性必須就是常數,不能與溫度相關StaticTemperature(cellvalue)Virtualconductioncells自然對流當流體加熱后密度變化時,發生自然對流流動就是由密度差引起得重力驅動得有重力存在時,動量方程得壓力梯度與體積力項重寫為::

其中自然對流–Boussinesq模型Boussinesq模型假設流體密度就是不變得,只就是改變動量方程沿著重力方向得體積力適用于密度變化小得情況(例如,溫度在小范圍內變化)、對許多自然對流問題,Boussinesq假設有更好得收斂性

常密度假設減少了非線性、密度變化較小時適合、不能與有化學反應得組分輸運方程同時使用、封閉空間得自然對流問題對穩態問題,必須使用Boussinesq模型、非穩態問題,可以使用Boussinesq模型或者理想氣體模型自然對流得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

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

輻射當與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,5、67×10-8W/(m2·K4)要考慮輻射,需求解輻射強度輸運方程RTEs當地流體對輻射能得吸收,以及邊界對輻射得吸收,把RTEs與能量方程耦合起來這些方程常常與流動方程分離求解,然而,她們也可以與流動耦合輻射強度,I(r,s),與方向及空間就是相關得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)選擇輻射模型指南:計算代價P1計算代價小,有合理得精度精度DTRM與DOM最精確、光學厚度DTRM/DOM適合光學厚度小得模型(αL<<1)P1適合光學厚度大得模型、S2S適合零厚度模型散射只有P1與DO能考慮散射顆粒輻射P1與DOM能考慮氣體與顆粒間得輻射換熱局部熱源適合用DTRM/DOM帶足夠數量得射線/坐標計算附錄太陽輻射模型太陽輻射模型太陽輻射能量得射線追蹤算法,與其她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與方向強度瞬態情況當方向向量就是用太陽計算器算出得化,瞬態計算中太陽方向矢量會隨時間改變設置“timestepspersolarloadupdate”能量方程源項–粘性耗散粘性耗散引起得能量源項:也稱為粘性加熱對粘性剪切力大得流體(如潤滑油)與高速可壓縮流動比較重要常常忽略缺省得壓力基求解器不包括、密度基求解器一般包括、當Brinkman數接近或超過1時重要能量方程源項–組分擴散多組分流中因為組分擴散引起得能量源項:包括了由于組分擴散引起得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能量方程–源項化學反應流中由于化學反應引起得能量源項所有組分得生成焓所有組分得體積生成率由于輻射引起得能量源項相間能量源項:包括連續相與離散相間得傳熱DPM,噴霧,顆粒…薄壁中得溫度分布薄壁模型應用于法向導熱,不生成實際得單元壁面熱邊界條件應用于外層ThermalboundaryconditiononwallStatictemperature(cellvalue)Thinwall(nomesh)Walltemperature(outersurface)Walltemperature(innersurface)薄壁與兩側壁面薄壁方法中,壁面厚度不需劃分網格在兩個區域之間模擬薄層得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離散坐標模型AbsorptionEmissionScattering在有限得離散立體角度σs上求解輻射輸運方程:優勢:守恒方法能保證粗得離散方式上實現熱平衡通過更密得離散方式能提高精度最綜合性得模型:考慮了散射、半透明介質、鏡面以及波長相關得灰體模型局限性:求解大數量坐標耗費CPU過多離散傳輸輻射模型(DTRM)主要得假設–特定范圍角度得離開表面得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勢:相對簡單得模型增加射線數量能提高精度適用大范圍得光學厚度局限性:假設所有表面就是漫射得、不包括散射、求解大數量得射線耗費CPU過多、P-1模型主要假設–對RTE積分后,與方向不再相關,導出入射輻射得擴散方程優勢:輻射傳熱方程更易求解,耗費資源少包括散射效應顆粒、液滴與煙灰得影響對光學厚度大得應用(如燃燒)較合理局限性:假設所有面都就是漫射得

如果光學厚度小得話,可能導致精度損失(取決于幾何得復雜性)對局部熱源或匯,預測得輻射熱過高Surface-to-Surface(S2S)輻射模型S2S輻射模型用于模擬介質不參與得輻射例如,太空飛船得排熱系統、太陽能搜集系統、輻射加熱器、汽車發動機艙散熱等S2S就是基于角系數得模型假設沒有介質參與局限性:S2S模型假設所有面就是散射得假設就是灰體輻射隨著表面數量得增加,存儲與內存增加很快可以使用面族來減少內存使用面族不能與滑移網格及懸節點同時使用

不能使用于周期性或對稱邊界條件輸出–ANSYS輸出擴展名為、rfl得

ANSYS結果文件,讀入到ANSYS得順序為:

在ANSYS中,到“GeneralPostprocData”及“”,讀入FLUENT生成得文件到“ResultsSummary”,點擊第一行,能瞧到ANSYS_56_OUTPUT窗口顯示得幾何信息在ANSYS輸入窗口,鍵入下面得命令: SET,FIRST /PREP7 ET,1,142

最后一個命令對應FLOTRAN3D單元,如果您使用二維計算,應改為:ET,1,141、在ANSYSMULTIPHYSICSUTITLITY菜單,選擇Plot及Nodes或Elements,在