FLUID116.doc

FLUID116FLUID116单元描述FLUID116 是可以在两个节点间进行热传导和流体传输的三维单元。其热流量取决于流体的传导和质量流速。当有对流存在时，可以定义额外的节点和对流面积，或由SURF151 and SURF152生成表面单元。不论是哪种情况, 膜层散热系数都与流体的流速有关。此单元可以有两种自由度：温度、压力.该单元可以用在稳态和瞬态分析中。如果模型中包含此单元，并且用于结构分析，则必须用相应的结构单元替换此单元。详细叙述见ANSYS, Inc. Theory Reference f.中的 FLUID116。FLUID116 输入数据单元的几何形状，节点位置和坐标系如上图所示。该单元由2个主节点定义，如果有对流存在需要额外定义2个节点。由2个主节点的位置决定了单元的长度L。输入属性DENS的值将作为流体密度，如果实常数Rgas 给定，也可以根据理想气体定律（ideal gas law）来计算。如果KEYOPT(2) = 2, 3, or 4, 对流系数hf w/(m2*c) 由输入的KEYOPT(4)决定. 如果 KEYOPT(2) = 1, 对流表面（用FLUID116 速率）和其它信息被保存 ，并且能够被 SURF151 或 SURF152单元使用，可以由用户通过USRSURF116来指定并可以指定膜层散热系数和体温度为速度或其他参数的函数。 输入数据的具体描述见 Table 116.2: FLUID116 Empirical Data Table (Optional). 导热系数 kxx （W/m） 由属性KXX指定.比热cp 由（J/Kg） 属性C指定. 流体粘性 由属性 VISC指定. 如果节点 I处为流入口或流出口, 需要指定 KEYOPT(2) = 3 ，如果节点J为流入口或流出口, 需要指定 KEYOPT(2) = 4. 所有管上的单元必须指定相同的 KEYOPT. 对于网络的FULID116，KEYOPT(2)的取值影响并不明显，而详细的温度分布是很重要的, 对于小单元可以指定 KEYOPT(2) = 2 来得到精度相对更高的网格划分. KEYOPT(2) = 3 和4可以通过调节对流面积来改变(实常数7 and 8), 然而这样做并不方便.摩擦系数(即输入的MU属性) 为 Moody 摩擦因子的起始值 (f).在第一次迭代时，摩擦因子的值为MU. 光滑管经验相关值是一个关于 Reynolds number (Re)的函数，它的取值由流体是层流还是湍流(Re2500)来决定。 如果提供摩擦数据表(TB,FCON),则每个子步中的摩擦因子会从表中验算而得(如果有需要会使用线性插值). 关于该表的详细描述见Table 116.2: FLUID116 Empirical Data Table (Optional).关键字PRES (或TEMP)应该在命令D的LAB相应位置输入，其值在VALUE相应位置输入。如果节点热流率由E命令定义 , 则应该在LAB的相应位置输入关键字 HEAT (或 FLOW) ，在VALUE的相应位置输入其值.如果温度是唯一的自由度, (KEYOPT(1) = 1), 用SFE,HFLUX命令替代F命令以质量/时间的单位制输入流速.流体的重力效果由非0的加速度或旋转矢量激活 用ACEL and/or OMEGA命令.当要用到转动速度和滑动系数时 (实常数 7-10定义在 Table 116.1: FLUID116 Element Real Constants), 你可以指定是依据经验公式或由表格输入. 如果指定为表格输入，把表名放在%中(例如, %表名%). 如果要用表格输入转动速度，实常数7和8都应该有相同的表名或不指定实常数8. 与之类似, 如果要用表格输入滑动系数,实常数7和10都应该有相同的表名或不指定实常数10. 转动速度和滑动系数都可以随时间和位置而改变。如果用到了表格式的实常数，则需要对FLUID116网络中的每个节点都指定一个表名. 为了得到正确的结果，对于任意节点，不同单元的表名必须一样。查看 ANSYS Thermal Analysis Guide中的Steady-State Thermal Analysis 可以得到表格输入的更多信息。单元载荷定义在 Node and Element Loads中. 单元体载荷可以作为生热速率加在节点上. 默认情况下，节点J的生热速率HG(J) 与节点 I 的HG(I)相等.KEYOPT(8) 用来指定流速损失 (见 Table 116.1: FLUID116 Element Real Constants). 管中的由于弯曲、结合等所造成的动量损失可以由等效摩擦长度来L表示。这种等效摩擦长度必须直接输入，或以常数K、D、f计算得到。该单元的输入摘要见 FLUID116 Input Summary. 关于单元输入的一般描述见Element Input.FLUID116 输入摘要节点I, J or I, J, K, L (见KEYOPT(2)自由度PRES, TEMP if KEYOPT(1) = 0TEMP if KEYOPT(1) = 1PRES if KEYOPT(1) = 2实常数见表116.1 材料特性KXX（导热系数）,C（比热）,DENS（密度）,MU（摩擦系数）, VISC, HF（对流系数）表面载荷 见命令SFE，HFLUX 体载荷 Heat Generations- HG(I), HG(J)Special Features Nonlinear（非线性）KEYOPT(1) 指定自由度:0- 自由度为PRES 和 TEMP 1- 自由度为TEMP 2- 自由度为PRES KEYOPT(2) (只有当 KEYOPT(1) 取 0 或 1时才有效) 0- 2个节点，没有对流面及对流信息1- 2 个节点，对流信息传给 SURF151/SURF1522- 4 个节点 ，此单元含有面对流逻辑，并且对流区域由节点 I 和J共享3- 4 个节点 ，此单元含有面对流逻辑，并且对流区域只在节点 I 4- 4 个节点，此单元含有面对流逻辑，并且对流区域只在节点 J KEYOPT(4) （只有当KEYOPT(2) = 2, 3, 或 4时才有效） 膜层散热系数(hf)定义：0- 用 MP,HF1- 用9 到12实常数 (见Table 116.1: FLUID116 Element Real Constants)2- 用 TB,HFLM 定义，认为 hf 是温度和平均速率的函数3- 用 TB,HFLM 定义，认为hf 是温度和Reynolds number的函数4- 用TB,HFLM 定义，认为Nu 是温度和Reynolds number的函数(hf = Kxx*Nu/diam)5- 用User116HfKEYOPT(5) (只有当KEYOPT(4) = 0, 2, 3, 4, 或5时才有效) 估计膜层散热系数:0- 流体平均温度(TI + TJ)/21- 平均壁温度(TK +TL)/22- 平均膜层温度(TI + TJ + TK + TL)/43- 温度导数 (TI + TJ)/2 - (TK + TL)/2KEYOPT(6) (只有当KEYOPT(1) = 0 或 2时才有效) 流体传导系数定义：0- 用传导公式1- 用实常数 C2- 用TB,认为FCON是温度和平均速率的函数 3- 用TB,认为FCON 是温度和 Reynolds number的函数4- 用User116CondKEYOPT(7) (只有当KEYOPT(6) = 0时才有效) 摩擦因子计算:0- 用光滑导管的经验相关性1- 用MP,MU2- 用 TB,FCON 认为摩擦因子是温度和平均速率的函数 3- Use TB,FCON 认为摩擦因子是温度和 Reynolds number的函数KEYOPT(8) (只有当KEYOPT(6) = 0时才有效) 流速损失定义:0- 用La 作为附加长度1- 用 K 作为损失系数Table116.1 FLUID116 实常数(Given in the order required for input in the real constant table)序号.名称定义单位1D水压直径长度2A流体横截面积.长度23Nc流量频道序号 (默认为1). 如果大于1, 实常数和单元输出会基于每一个频道.4-6本版本未定义7(An)I当KEYOPT(2) = 1, 节点 I上的角速度.当KEYOPT(2) = 2, 3, or 4, 节点 I 、 K间为对流区域。当KEYOPT(2) = 2，默认值为DL/2 当KEYOPT(2) = 3，默认值为 DL这里L 为单元长度长度28(An)J当KEYOPT(2) = 1, 节点 J上的角速度. 默认情况下为节点 I.上的角速度当KEYOPT(2) = 2, 3, or 4, 节点J 、 L间为对流区域。当KEYOPT(2) = 2，默认值为DL/2 当KEYOPT(2) = 4，默认值为 DL 长度29SLIPFAIIf KEYOPT(2) = 1, 节点 I处的滑动系数.10SLIPFAJIf KEYOPT(2) = 1, 节点J处的滑动系数. 默认值为节点 I处的滑动系数.9-12N1, N2, N3, N4(如果 KEYOPT(4) = 1 及KEYOPT(2) = 2, 3, 或 4)Nu = N1 + N2 Re N3 PrN4这里:Re = Reynolds number (WD/A)Pr = Prandtl number (Cp/KXX)Cp = 比热例如, 对于有湍流的光滑管，其Dittus-Boelter相关系数可以指定为 N1 = 0.0, N2 = 0.023, N3 = 0.8, and N4 = 0.4 (heating).13Pp泵压力/ 长度214用来计算 C的公式 为： （此公式见对应的帮助文档）p = pressure dropCr如果KEYOPT(6) = 1, 用传导系数来计算流速 因此, （此公式见对应的帮助文档）La如果KEYOPT(6) = 0, 并且KEYOPT(8) = 0, 用导管的附加长度来计算流速损失。因此,（此公式见对应的帮助文档） 其中， = DENSF = 摩擦因子K如果KEYOPT(6) = 0 and KEYOPT(8) = 1, K为损失系数. 则, （此公式见对应的帮助文档）15-18此版本中未定义19Rgas理想气体定律中的气体常数 ( = p/(RgasTabs), 这里Tabs 是绝对温度、p 为平均气压. 如果为0, 用 作为 DENS 的材料属性长度2 / 度* 时间220VDF粘性阻尼累加器. 默认值为 0.021Cver粘性阻尼的单位转换因子. 默认为 1.0 Qv = VDFCverFVISC(VELOC)2L = viscous heating for element, 这里 F 对于层流取8.0，对于湍流取0.21420注意：实常数 7 到12 以及 20 到21 a只有当 KEYOPT(1) 为0 或1 时才有效，实常数 13 到19 只有当 KEYOPT(1) 为0 或 2时才有效.Table 116.2: FLUID116 Empirical Data Table (Optional) 中的数据由命令TB输入到数据表中。曲线图表由 TB 命令初始化. 第一个曲线图的温度由 TBTEMP 命令指定. 常数(X, Y)由命令TBPT 指定 (two per command).Table116.2FLUID116 Empirical Data Table (Optional)常数含义Film Coefficient 膜层散热系数表由TB,HFLM 命令初始化. The TBPT data are:X速率(长度/时间)Y膜层散热系数(Heat/(time*area*temp) 速率可以由 Reynolds number代替,而膜层散热系数可以由Nusselt number代替, 这取决于 KEYOPT(4)的取值.Fluid Conductance/Friction Factor 流体传导系数和摩擦因子由命TB,FCON 定义. The TBPT data are:X速率(长度/时间)Y相关摩擦因子的取值速率可以由Reynolds number代替, 摩擦因子可以由流体传导系数代替, 这取决于 KEYOPT(6) 和 KEYOPT(7)的取值.FLUID116 输出数据此单元的求解数据以两种形式给出: 节点自由度（在全部节点解中） 单元附加输出数据见 Table 116.3: FLUID116 Element Output Definitions流速以质量/时间的单位制表示，并且规定其正方向是由节点I流向节点J。节点处的流速可以用OUTPR命令来打印出来 对于结果输出数据的一般描述见 Solution Output. 在 ANSYS Basic Analysis Guide 中介绍了查看结果的途径.下面的符号说明在 Table 116.3: FLUID116 Element Output Definitions:Table116.3FLUID116 Element Output Definitions名称定义OREL单元序号YYNODES节点- I, J, K, LYYMAT材料序号YYXC, YC, ZC报告结果的位置Y4VELOC平均速率YYRE雷诺序号YYFLOW RATE从节点I 到节点 J的流速YYHT COND RATE从节点 I 到节点 J 的热流率11HT TRANSP RATE节点I处的热流率11CONV AREAS (I, J)节点I 和节点J间的对流面积33HFILM膜层散热系数33NUSNusselt 序号33PRPrandtl 序号33HT CONV RATES (I, J)从节点 I 到K的热流率以及从节点 J到 L 的热流率33HGVD生热速率和粘性阻尼,11TEMP温度-1PUMP PR水压22FRICTION摩擦因子22PRES压力-21. If KEYOPT(1) = 0 or 12. If KEYOPT(1) = 0 or 23. If KEYOPT(2) = 2, 3, or 44. Available only at centroid as a *GET item. 以下是用在 Table 116.4: FLUID116 Item and Sequence Numbers的符号说明: Name 输出数据的名称，定义在 Table 116.3: FLUID116 Element Output DefinitionsItem ETABL