FLUENT培训教材06传热模型

上传人:san****019 文档编号:20482075 上传时间:2021-03-23 格式:PPT 页数:36 大小:2.61MB
收藏 版权申诉 举报 下载
FLUENT培训教材06传热模型_第1页
第1页 / 共36页
FLUENT培训教材06传热模型_第2页
第2页 / 共36页
FLUENT培训教材06传热模型_第3页
第3页 / 共36页
资源描述:

《FLUENT培训教材06传热模型》由会员分享,可在线阅读,更多相关《FLUENT培训教材06传热模型(36页珍藏版)》请在装配图网上搜索。

1、A Pera Global Company PERA China ANSYS FLUENT 培训教材 第六节:传热模型 安世亚太科技(北京)有限公司 A Pera Global Company PERA China 概要 能量方程 壁面边界条件 共轭传热 薄壁和双面壁 自然对流 辐射模型 报告 -输出 A Pera Global Company PERA China 能量方程 能量输运方程 : 单位质量的能量 E : 对可压缩性流体,或者密度基求解器,总是考虑压力做功和动能。对压 力基求解器计算不可压流体,这些项被忽略,可以用下面的命令加入 : define/models/energy? Co

2、nduction Species Diffusion Viscous Dissipation Conduction Unsteady Enthalpy Source/Sink A Pera Global Company PERA China 固体域的能量方程 能计算固体域的导热 能量方程 : h 显焓 : 固体域的各向异性导热系数(压力基求解器) A Pera Global Company PERA China 壁面边界条件 五类热边界条件 热流量 温度 对流 模拟外部环境的对流(用户定义换热系数) 辐射 模拟外部环境的辐射(用户定义外部发射率和辐射温度) 混合 对流和辐射边界的 结合 . 壁

3、面材料和厚度可以定义 为一维或壳导热计算 A Pera Global Company PERA China 共轭传热 CHT固体域的导热和流体域的对流换热耦合 在流体 /固体交界面使用耦合边界条件 Coolant Flow Past Heated Rods Grid Velocity Vectors Temperature Contours A Pera Global Company PERA China 共轭传热例子 Circuit board (externally cooled) k = 0.1 W/mK h = 1.5 W/m2K T = 298 K Air inlet V = 0.5

4、 m/s T = 298 K Electronic Component (one half is modeled) k = 1.0 W/mK Heat generation rate of 2 watts (each component) Top wall (externally cooled) h = 1.5 W/m2K T = 298 K Symmetry Planes Air outlet A Pera Global Company PERA China 问题设置 -热源 在固体域加入热源模拟电子部件的生成热 A Pera Global Company PERA China 温度分布 F

5、low direction Convection Boundary 1.5 W/m2 K 298 K free stream temp. Convection boundary 1.5 W/m2 K 298 K free stream temp Front View Top View (image mirrored about symmetry plane) Elect. Component (solid zone) 2 Watts source Board (solid zone) Air (fluid zone) 298 426 410 394 378 362 346 330 314 Te

6、mp. (F) Flow direction A Pera Global Company PERA China 替代的模拟策略 可替代的策略为模拟壁面为一有厚度面 (Thin Wall model). 这时,不需对固体域划分网格 A Pera Global Company PERA China 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 最精确的方法,但需要多计算网格 由于壁面两侧都有网格,总是应用耦合热边界条件 Fluid zone Solid zone Wall zone (with shadow) Wall thermal res

7、istance directly accounted for in the Energy equation; Through-thickness temperature distribution is calculated. Bidirectional heat conduction is calculated. A Pera Global Company PERA China 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 壁面需要必要的数据输入(材料导热系数,厚度) 只有对内部边界用耦合边界条件 Fluid zone Wall zone (no shadow) Wall

8、 thermal resistance is calculated using artificial wall thickness and material type. Through-thickness temperature distribution is assumed to be linear. Conduction is only calculated in the wall-normal direction unless Shell Conduction is enabled. A Pera Global Company PERA China 壳导热模型 壳导热模型处理板内部的 导

9、热 求解器创建额外的导热单 元,但不能显示,也不能 通过 UDF获得 固体属性必须是常数,不 能和温度相关 Static Temperature (cell value) Virtual conduction cells A Pera Global Company PERA China 自然对流 当流体加热后密度变化时,发生自然对流 流动是由密度差引起的重力驱动的 有重力存在时,动量方程的压力梯度和体积力项重写为: : 其中 A Pera Global Company PERA China 自然对流 Boussinesq 模型 Boussinesq 模型假设流体密度是不变的,只是改变动量方程沿

10、着重力 方向的体积力 适用于密度变化小的情况 (例如,温度在小范围内变化 ). 对许多自然对流问题, Boussinesq 假设有更好的收敛性 常密度假设减少了非线性 . 密度变化较小时适合 . 不能和有化学反应的组分输运方程同时使用 . 封闭空间的自然对流问题 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 A Pera Global Company PERA China 自然对流的用户输入 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 Bouss

11、inesq 模型,输入 密度值 0. 设置热膨胀系数 . 使用温度变化模型 (ideal gas, Aungier- Redlich-Kwong, polynomial): 设置操作密度或 让 FLUENT 从单元平均中计 算 0 A Pera Global Company PERA China 辐射 当和对流及导热换热相比, 量级相当时,应该考虑辐射效应 , Stefan-Boltzmann常数 , 5.67 10-8 W/(m2K 4) 要考虑辐射,需求解辐射强度输运方程 RTEs 当地流体对辐射能的吸收,以及边界对辐射的吸收,把 RTEs 和能量方程耦合起 来 这些方程常常和流动方程分离

12、求解,然而,他们也可以和流动耦合 辐射强度 , I(r,s),和方向及空间是相关的 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 l Surface-to-Surface (S2S) A Pera Global Company PERA China 选择辐射模型 指南: 计算代价 P1 计算代价小,有合理的精度 精度 DTRM 和 DOM 最精确 . 光学厚度 DTRM/DOM 适合光学厚度小的模型 (L 1) P1 适合光学厚度大的模型 . S2S 适合零厚度模型 散射 只有 P1 和 DO能考虑散射 颗粒辐射

13、P1 和 DOM 能考虑气体和颗粒间的辐射换热 局部热源 适合用 DTRM/DOM 带足够数量的射线 /坐标计算 A Pera Global Company PERA China 附录 A Pera Global Company PERA China 太阳辐射模型 太阳辐射模型 太阳辐射能量的射线追踪算法, 和其他辐射模型兼容 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 向和方向强度 瞬态情况 当方向向量是用太阳计算器算出 的化,瞬态计算中太阳方向矢量 会随时间改变 设置 “ time steps per s

14、olar load update” A Pera Global Company PERA China 能量方程源项 粘性耗散 粘性耗散引起的能量源项 : 也称为粘性加热 对粘性剪切力大的流体(如 润滑油)和高速可压缩流动 比较重要 常常忽略 缺省的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 A Pera Global Company PERA China 能量方程源项 组分扩散 多组分流中因为组分扩散引 起的能量源项: 包括了由于组分扩散引起的 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 A Pera Global C

15、ompany PERA China 能量方程 源项 化学反应流中由于化学反应引起的能量源项 所有组分的生成焓 所有组分的体积生成率 由于辐射引起的能量源项 相间能量源项 : 包括连续相和离散相间的传热 DPM, 喷雾 , 颗粒 A Pera Global Company PERA China 薄壁中的温度分布 薄壁模型应用于法向导热,不生成实际的单元 壁面热边界条件应用于外层 Thermal boundary condition on wall Static temperature (cell value) Thin wall (no mesh) Wall temperature (outer

16、 surface) Wall temperature (inner surface) A Pera Global Company PERA China 薄壁和两侧壁面 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的材料 求解器施加热阻 x/k 边界条件施加在外层面上 Thermal boundary conditions are supplied on the inner surface of a thin wall Exterior wall (user-specified thickness) Fluid or solid cells Outer surface (calcul

17、ated) Inner surface (thermal boundary condition specified here) x Interior wall (user-specified thickness) 1k 2k Interior wall shadow (user-specified thickness) 22 or Tq 11 or Tq Thermal boundary conditions are supplied on the inner surfaces of uncoupled wall/shadow pairs Fluid or solid cells Fluid

18、or solid cells A Pera Global Company PERA China 离散坐标模型 Absorption Emission Scattering 在有限的离散立体角度 s上求解辐射输运方程 : 优势 : 守恒方法能保证粗的离散方式上实现热平衡 通过更密的离散方式能提高精度 最综合性的模型 : 考虑了散射、半透明介质、镜面以及波长相关的灰体模型 局限性 : 求解大数量坐标耗费 CPU过多 A Pera Global Company PERA China 离散传输辐射模型 (DTRM) 主要的假设 特定范围角度的离开表面的辐射能用一束射线近似 使用射线跟踪技术,沿着每条射

19、线积分辐射强度 优势 : 相对简单的模型 增加射线数量能提高精度 适用大范围的光学厚度 局限性 : 假设所有表面是漫射的 . 不包括散射 . 求解大数量的射线耗费 CPU过多 . A Pera Global Company PERA China P-1 模型 主要假设 对 RTE积分后,和方向不再相关,导出入射辐射的扩 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、液滴和烟灰的影响 对光学厚度大的应用(如燃烧)较合理 局限性 : 假设所有面都是漫射的 如果光学厚度小的话,可能导致精度损失(取决于几何的复杂性) 对局部热源或汇,预测的辐射热过高 A Pera Globa

20、l Company PERA China Surface-to-Surface (S2S) 辐射模型 S2S辐射模型用于模拟介质不参与的辐射 例如,太空飞船的排热系统、太阳能搜集系统、辐射加热器、汽 车发动机舱散热等 S2S 是基于角系数的模型 假设没有介质参与 局限性 : S2S 模型假设所有面是散射的 假设是灰体辐射 随着表面数量的增加,存储和内存增加很快 可以使用面族来减少内存使用 面族不能和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 A Pera Global Company PERA China 输出 ANSYS 输出扩展名为 .rfl的 ANSYS 结果文件,读入到

21、ANSYS的顺序为: 1. 在 ANSYS中,到“ General Postproc Data”及“ File Options”,读入 FLUENT生成的文件 2. 到“ Results Summary ”,点击第一行,能看到 ANSYS_56_OUTPUT 窗口显示的几何信息 3. 在 ANSYS 输入窗口,键入下面的命令 : SET,FIRST /PREP7 ET,1,142 最后一个命令对应 FLOTRAN 3D 单元,如果你使用二维计算,应改 为: ET,1,141. 4. 在 ANSYS MULTIPHYSICS UTITLITY 菜单,选择 Plot 及 Nodes 或 Eleme

22、nts, 在 下拉窗口的 Results中,选择包括节点 A Pera Global Company PERA China 输出 ANSYS 通过 GUI 或 TUI输出 ANSYS 文件 /file/export/ansys file-name 文件包括坐标、连接关系及下面 的标量: Density, viscosity X, Y, Z velocity, pressure, temperature Turbulence kinetic energy, turbulence dissipation rate, turbulent viscosity, effective viscosity

23、Thermal conductivity (laminar, turbulent, effective) Total pressure and temperature, pressure coefficient, Mach number, stream function, heat flux, heat transfer coefficient, wall shear stress, specific heat A Pera Global Company PERA China 输出 ABAQUS 输出文件( file.aba)包括坐标、连接关系、选择的载荷、域组、 速度、选择的标量等 只对三维

24、模型有效,并且是固体域或固体域的表面 流体域的传热系数不可写出 下面命令对做流固交界面分析有用 file/export/abaqus file-name list-of-surfaces () yes|no list-of-scalars q A Pera Global Company PERA China 输出其他格式 NASTRAN/PATRAN 对于 ABAQUS, NASTRAN, 和 PATRAN, 选择要写出的载荷 (Force, Temperature, and/or Heat Flux) 来分 析结构应力 (fluid pressure or thermal) 如果没有选择面的

25、话,载荷只在边界 面上写出 Format Suppor ted Versio n Abaqus 6.3 ANSYS 10 ASCII n/ CGNS 2 NASTR AN 2001 PATRA N 2001 TECPL OT 9 A Pera Global Company PERA China 报告 Heat Flux Heat flux 报告 : 建议检查热平衡以确 保计算收敛 输出 Heat Flux 数据 : 可以输出壁面的热通量数据 (包括辐射) file/export/custom-heat-flux 文件格式 : zone-name nfaces x_f y_f z_f A Q T_w T_c HTC A Pera Global Company PERA China 报告 传热系数 基于壁面函数的传热系数 其中 cP 为比热 , kP 是点 P处湍动能 , T* 无量纲温度 : 只有湍流并且能量方程开关打开时有用 谢谢 A Pera Global Company PERA China

展开阅读全文
温馨提示:
1: 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
2: 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等,如果需要附件,请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
3.本站RAR压缩包中若带图纸,网页内容里面会有图纸预览,若没有图纸预览就没有图纸。
4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
5. 装配图网仅提供信息存储空间,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑,并不能对任何下载内容负责。
6. 下载文件中如有侵权或不适当内容,请与我们联系,我们立即纠正。
7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
关于我们 - 网站声明 - 网站地图 - 资源地图 - 友情链接 - 网站客服 - 联系我们

copyright@ 2023-2025  zhuangpeitu.com 装配图网版权所有   联系电话:18123376007

备案号:ICP2024067431-1 川公网安备51140202000466号


本站为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,本站只是中间服务平台,本站所有文档下载所得的收益归上传人(含作者)所有。装配图网仅提供信息存储空间,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容本身不做任何修改或编辑。若文档所含内容侵犯了您的版权或隐私,请立即通知装配图网,我们立即给予删除!