1、 傳熱模型Introductory FLUENT Training大綱能量方程壁面邊界條件變傳熱薄壁和雙面墻自然對流輻射模型報告導(dǎo)出能量方程介紹能量輸運(yùn)方程每單位質(zhì)量的能量E定義為：壓力工作和動能經(jīng)常用來說明可壓流動或者在使用密度求解器時。對基于壓力的求解器來說，它們可以省略而且可以通過文本命令添加。Define/models/energy?傳導(dǎo)物質(zhì)擴(kuò)散粘性耗散方程能量項(xiàng)粘性耗散能量源歸因于耗散也叫粘性加熱當(dāng)粘性剪切在流動中（比如：潤滑油）非常嚴(yán)重或者在高速可壓流動中很重要經(jīng)?？梢院雎栽趬毫η蠼馄髦腥笔〔缓诿芏惹蠼馄髦薪?jīng)常包括當(dāng)Brinkman數(shù)字接近或者超過1時很重要能量方程項(xiàng)（3）能量源

2、由包含在化學(xué)反應(yīng)流中的化學(xué)反應(yīng)引起各種物質(zhì)的生成焓各種物質(zhì)的體積反應(yīng)率由包括輻射源項(xiàng)的輻射引起能量源能量源界面包括在連續(xù)相和離散相之間傳熱DPM，噴霧，粒子等固體區(qū)域的能量方程通過固體來計算熱傳導(dǎo)的能力能量方程H是敏感的焓在固體中各項(xiàng)異性的傳導(dǎo)率（只用于壓力求解器）變化熱傳導(dǎo)計算通過固體的熱傳導(dǎo)的能力，與流體對流中的傳熱耦合耦合的邊界條件對任意分隔兩個單元體的壁面區(qū)域適用GridTemperature contoursVelocity vectorsExample - Cooling Flow over Fuel Rods電路板 (externally cooled)k = 0.1 W/mKh

3、 = 1.5 W/m2KT = 298 K空氣出口空氣進(jìn)口V = 0.5 m/sT = 298 K變化熱傳導(dǎo)舉例電子芯片(one half is modeled)k = 1.0 W/mKQ = 2 Watts頂部壁面(externally cooled)h = 1.5 W/m2KT = 298 K對稱面舉例三維網(wǎng)格和邊界條件流動方向板(solid zone)芯片(solid zone)2 Watts source對流邊界1.5 W/m2 K298 K free stream temp.對流邊界1.5 W/m2 K298 K free stream temp空氣 (fluid zone)問題設(shè)置

4、熱源溫度分布（主視圖和頂視圖）FlowdirectionBoard(固體區(qū)域)芯片 (固體區(qū)域)2 Watts source對流邊界1.5 W/m2 K298 K free stream temp.對流邊界1.5 W/m2 K298 K free stream temp空氣 (流體區(qū)域)Front ViewTop ViewFlowdirection變化熱傳導(dǎo)設(shè)置對于壁面熱傳導(dǎo)的兩種方式要畫網(wǎng)格的壁面能量方程在代表壁面的固體區(qū)域上求解壁面厚度必須網(wǎng)格化這是最精確的方式但是需要更多的網(wǎng)格效果因?yàn)樵诒诘膬蓚€面上都有單元體所以經(jīng)常使用耦合的熱邊界條件薄壁人工模擬壁厚（在壁的邊界條件面板定義）只對內(nèi)部壁

5、面使用耦合的熱邊界條件Fluid zoneSolid zoneWall zone(with shadow)Fluid zone壁面熱阻抗在能量方程中直接說明；壁厚上的溫度分布得到計算。雙向熱傳導(dǎo)得到計算壁面熱阻抗使用人工壁厚和材料類型計算。壁厚上的溫度分布假設(shè)是線性的傳導(dǎo)只在壁面法向方向得到計算Wall zone(no shadow)對薄壁模式的溫度定義薄壁模式只適用法向傳導(dǎo)（沒有平面內(nèi)部的傳導(dǎo)）而且沒有生成實(shí)際上的單元體壁面熱邊界條件在外層得到應(yīng)用 壁面熱邊界條件靜溫(cell value)薄壁(無網(wǎng)格)壁溫(外部表面)墻溫(內(nèi)部表面)自然對流介紹當(dāng)流體被加熱且流體密度 隨著溫度變化而變化時

6、自然 對流發(fā)生由于重力作用引起流動的 密度變化當(dāng)考慮重力項(xiàng)時， 在動量方程中壓力梯度和 質(zhì)量力項(xiàng)會被重新寫為：這里這種格式是為了避免當(dāng)重力考慮進(jìn)來時圓形空間帶來的誤差自然對流 Boussinesq 模型Boussinesq 模型假設(shè)除了沿重力方向動量方程中的質(zhì)量力項(xiàng)之外流體密度是相同的，我們有：當(dāng)密度變化很小時有效（比如，T上的小變化）對許多自然對流流動來說該模型提供了比使用流動密度作為溫度函數(shù)收斂更快的方法密度不變假設(shè)減弱了非線性當(dāng)密度變化小時是合適的不能和多物質(zhì)傳輸或者反作用流動同時使用自然對流問題在封閉的計算域內(nèi)對于定常求解器， Boussinesq模型必須使用不變的密度0 適當(dāng)?shù)刂付ㄓ?/p>

7、算域內(nèi)的質(zhì)量對于非定常求解器，該模型或者理想氣體法則能夠使用初始化條件定義區(qū)域內(nèi)的質(zhì)量自然對流的用戶輸入定義重力加速度定義密度模型如果使用Boussinesq 模型：選擇 boussinesq 作為 Density 方法 并且指派固定的值, 0.設(shè)置熱膨脹系數(shù), .設(shè)置工作溫度 T0.If using a temperature-dependent model, 如果使用獨(dú)立溫度模型(e.g., 理想氣體 或 多項(xiàng)式):指定工作密度或,Allow FLUENT to calculate 0 from a cell average (default, every iteration).允許FLU

8、ENT從單元體的平均值開始計算0 （缺省，每一個迭代步）DefineOperating ConditionsDefineMaterials輻射當(dāng) 成立 或者比對流和熱傳導(dǎo)率的數(shù)量級更大時要考慮輻射效果.要考慮輻射，就要解輻射密度傳輸方程在邊界上流體的局部吸收把密度傳輸方程和能量方程耦合在一起輻射強(qiáng)度, I(r,s), 是直接和空間上依賴的.輻射密度的傳送機(jī)制：局部吸收外散射（遠(yuǎn)離這個方向）局部發(fā)射內(nèi)散射（沿著這個方向）在FLUENT中可用的五個輻射模型(DOM)離散縱坐標(biāo)模型(DTRM)離散傳熱模型P1輻射模型Rosseland 模型 (S2S)模型離散縱坐標(biāo)模型由輻射傳遞方程解出一個離散有限

9、立體角s優(yōu)點(diǎn)：傳統(tǒng)方法導(dǎo)致粗離散化的熱平衡使用更好的離散化能夠增加精確度大多數(shù)復(fù)雜的輻射模型選項(xiàng)來說明散射，半透明介質(zhì)，定向發(fā)射面和依賴波長的傳播局限性解決一個縱坐標(biāo)很大的問題對CPU要求較高Absorption吸收Emission發(fā)射Scattering散射離散傳遞輻射模型主要假設(shè)當(dāng)輻射以一個特定范圍的立體角離開面元時可以近似看作一條射線沿著每條射線使用光線跟蹤技術(shù)來輻射強(qiáng)度的積分：優(yōu)點(diǎn):模型相對簡單.隨著射線數(shù)量的增加而增加精確度應(yīng)用與大范圍的光學(xué)厚度局限性:假設(shè)所有的面都是漫反射的 不包括散射效果處理大量的射線會對CPU要求很高面對面輻射模型面對面的輻射模型能夠用于沒有介質(zhì)參與的狀態(tài)下的

10、輻射模型比如，太空船熱損耗系統(tǒng)，太陽能收集系統(tǒng)，輻射空間加熱器，以及汽車?yán)鋮s器面對面是基于視角因數(shù)的模型假設(shè)沒有介質(zhì)參與局限性面對面模型假設(shè)所有面是漫反射的執(zhí)行假設(shè)是灰度輻射當(dāng)面的數(shù)量增加時存儲和內(nèi)存需求會急劇上升使用面組能夠降低內(nèi)存要求滑行網(wǎng)格或者外懸點(diǎn)上的聚類不起作用不能與周期或者對稱邊界條件一起使用太陽能模型太陽能模型對太陽能輻射傳遞模型適用的光線跟蹤法則：和所有輻射模型都兼容和類似求解器適用（但是光線跟蹤法則不平行）只用于三維規(guī)格太陽光矢量方向陽光強(qiáng)度（直射，散射）太陽能計算器用來計算方向和直射強(qiáng)度使用理論的最大值或者“良好天氣狀況”瞬時情況當(dāng)方向矢量由太陽能計算器定義時，太陽能方向矢

11、量將會因此跟著瞬時模擬指定“每一次太陽能更新的時間步”報告熱流量熱流量報告：推薦你使用熱平衡檢查來確定 你的解時真的收斂了導(dǎo)出熱流數(shù)據(jù)：可以導(dǎo)出壁面域（包括輻射） 上的熱流量數(shù)據(jù)到一個一般文件中使用文本界面:file/export/custom-heat-flux 對每個選擇的面域的文件格式: zone-name nfacesx_f y_f z_f A Q T_w T_c HTC報告?zhèn)鳠嵯禂?shù)基于壁面功能的傳熱系數(shù)其中CP 是比熱, kP 是 P點(diǎn)處的動能紊流度, T* 在FLUENT 6.3 用戶指南的13章中定義的.只在紊流流動而且能量方程被激活的狀態(tài)下可用在絕熱壁情況下選擇小結(jié)有許多介紹性

12、的水平指南使用了這一課所討論的概念周期流動和傳熱 (Tutorial #2)輻射和自然對流 (Tutorial #5)凝固 (Tutorial #20)許多其它的許多中級和高級指南在下面可以找到 /login/fluent/intermediate/tutorials/index.htm其它學(xué)習(xí)資源由FLUENT提供的傳熱方面的高級培訓(xùn)課程網(wǎng)絡(luò)教學(xué)模塊用戶服務(wù)中心, 所有指南和講稿用戶文件Appendix薄壁和雙面壁在薄壁方式中，壁厚沒有明確畫出網(wǎng)格在兩個域之間定義薄層材料熱阻抗 x/k 在求解器中手動應(yīng)用 邊界條件在外表面定義Thermal boundary conditions are s

13、upplied on the inner surface of a thin wallExterior wall(user-specified thickness)Fluid or solid cellsOuter surface(calculated)Inner surface(thermal boundary condition specified here)Interior wall(user-specified thickness)Interior wall shadow(user-specified thickness)Thermal boundary conditions are

14、supplied on the inner surfaces of uncoupled wall/shadow pairsFluid or solid cellsFluid or solid cells輸出ANSYS通過 GUI 或TUI輸出ANSYS 文件:file/export/ansys file-name 一個簡單的文件應(yīng)包括坐標(biāo)，連接性，以及下列標(biāo)量：x-速度, y-速度, z-速度, 壓力, 溫度,紊流動能, 紊流擴(kuò)散率, 密度, 速度紊流, 層流粘性, 粘性效果, 層流熱傳導(dǎo)率, 導(dǎo)熱效應(yīng), 總壓, 總溫, 壓力系數(shù), 馬赫數(shù), 流函數(shù), 熱流量, 傳熱系數(shù), 壁面剪切, 指定熱

15、傳導(dǎo)輸出ANSYS寫成 ANSYS以 .rfl 為擴(kuò)展名的結(jié)果文件. 要把文件讀入 ANSYS, 用下列程序: In ANSYS, go to General Postproc Data and File Options and read the .rfl file generated from FLUENT. 在ANSYS中，一般前處理數(shù)據(jù)和文件選項(xiàng)而且要從FLUENT中讀入.rfl的文件 Go to Results Summary and click on the first line in the upcoming panel. You will see some information

16、 listed in the ANSYS_56_OUTPUT window displaying geomtery informatiom. 進(jìn)入結(jié)果小結(jié)再點(diǎn)擊出現(xiàn)的面板中的第一行。你會看到在ANSYS_56_OUTPUT窗口中顯式一些幾何信息在小的 ANSYS 輸入窗口, 按順序輸入下列命令: SET,FIRST/PREP7ET,1,142最后的命令符合FLOTRAN 3D單元。如果你的工況是2D的，需要改為ET,1,141在 ANSYS MULTIPHYSICS UTITLITY菜單中, 選擇Plot 和 Nodes 或者 Elements, 包括節(jié)點(diǎn)解在drop-down 列表中在 Results 下輸出 ABAQUS簡單文件（比如，file.aba ）坐標(biāo)，連通性，可選負(fù)載，區(qū)域組，速度，和挑選過的數(shù)量會被寫入。你能夠在Functions中指定你想要的數(shù)量寫入列表。導(dǎo)出數(shù)據(jù)到 Abaqus 只對三維模式可用而且只對固體區(qū)域有效或者存在固體區(qū)域交界面上 流體區(qū)域的熱傳導(dǎo)屬性不會被導(dǎo)出當(dāng)你想做一些流體與固體的分界面比如壁面分析是非常理想的file/export/abaqus file-name list-of-sur