《传热模型》PPT课件.ppt

传热模型 IntroductoryFLUENTTraining 大纲 能量方程壁面边界条件变传热薄壁和双面墙自然对流辐射模型报告 导出 能量方程 介绍 能量输运方程每单位质量的能量E定义为 压力工作和动能经常用来说明可压流动或者在使用密度求解器时 对基于压力的求解器来说 它们可以省略而且可以通过文本命令添加 Define models energy 传导 物质扩散 粘性耗散 方程能量项 粘性耗散 能量源归因于耗散也叫粘性加热当粘性剪切在流动中 比如 润滑油 非常严重或者在高速可压流动中很重要经常可以忽略在压力求解器中缺省不含在密度求解器中经常包括当Brinkman数字接近或者超过1时很重要 能量方程项 物质扩散 能量源归因于物质扩散包括多种物质流动包括归因于多种物质扩散的焓的传递效果经常包含于密度求解器中在压力求解器下不可用 能量方程项 3 能量源由包含在化学反应流中的化学反应引起各种物质的生成焓各种物质的体积反应率由包括辐射源项的辐射引起能量源能量源界面包括在连续相和离散相之间传热DPM 喷雾 粒子等 固体区域的能量方程 通过固体来计算热传导的能力能量方程H是敏感的焓在固体中各项异性的传导率 只用于压力求解器 壁面边界条件 五个热量条件辐射从模型外部传热需要外部发射率和外部辐射温度混合联系对流和外部辐射边界条件对一维热传导或壳的热传导计算中能够壁面材料和厚度传热计算 变化热传导 计算通过固体的热传导的能力 与流体对流中的传热耦合耦合的边界条件对任意分隔两个单元体的壁面区域适用 Grid Temperaturecontours Velocityvectors Example CoolingFlowoverFuelRods 电路板 externallycooled k 0 1W m Kh 1 5W m2 KT 298K 空气出口 空气进口V 0 5m sT 298K 变化热传导举例 电子芯片 onehalfismodeled k 1 0W m KQ 2Watts 顶部壁面 externallycooled h 1 5W m2 KT 298K 对称面 举例 三维网格和边界条件 流动方向 板 solidzone 芯片 solidzone 2Wattssource 对流边界1 5W m2K298Kfreestreamtemp 对流边界1 5W m2K298Kfreestreamtemp 空气 fluidzone 问题设置 热源 温度分布 主视图和顶视图 Flowdirection Board 固体区域 芯片 固体区域 2Wattssource 对流边界1 5W m2K298Kfreestreamtemp 对流边界1 5W m2K298Kfreestreamtemp 空气 流体区域 FrontView TopView Flowdirection 变化热传导设置 改变建模策略 改变木板平面可以用定义的厚度的墙面 薄墙模型 在这种情况下 不需要给下层的固体区域画网格 代表木板的 对于壁面热传导的两种方式 要画网格的壁面能量方程在代表壁面的固体区域上求解壁面厚度必须网格化这是最精确的方式但是需要更多的网格效果因为在壁的两个面上都有单元体所以经常使用耦合的热边界条件薄壁人工模拟壁厚 在壁的边界条件面板定义 只对内部壁面使用耦合的热边界条件 Fluidzone Solidzone Wallzone withshadow Fluidzone 壁面热阻抗在能量方程中直接说明 壁厚上的温度分布得到计算 双向热传导得到计算 壁面热阻抗使用人工壁厚和材料类型计算 壁厚上的温度分布假设是线性的传导只在壁面法向方向得到计算 Wallzone noshadow 对薄壁模式的温度定义 薄壁模式只适用法向传导 没有平面内部的传导 而且没有生成实际上的单元体壁面热边界条件在外层得到应用 壁面热边界条件 静温 cellvalue 薄壁 无网格 壁温 外部表面 墙温 内部表面 壁面传热的壳传导选项 壳传导选项用来激活平面内部的传导计算另外的热传导单元体生成了但不能显式也不能从UDF中存取传导区域的固体属性必须是常量 而不能作为温度函数定义 自然对流 介绍 当流体被加热且流体密度随着温度变化而变化时自然对流发生由于重力作用引起流动的密度变化当考虑重力项时 在动量方程中压力梯度和质量力项会被重新写为 这里 这种格式是为了避免当重力考虑进来时圆形空间带来的误差 自然对流 Boussinesq模型 Boussinesq模型假设除了沿重力方向动量方程中的质量力项之外流体密度是相同的 我们有 当密度变化很小时有效 比如 T上的小变化 对许多自然对流流动来说该模型提供了比使用流动密度作为温度函数收敛更快的方法密度不变假设减弱了非线性当密度变化小时是合适的不能和多物质传输或者反作用流动同时使用自然对流问题在封闭的计算域内对于定常求解器 Boussinesq模型必须使用不变的密度 0适当地指定计算域内的质量对于非定常求解器 该模型或者理想气体法则能够使用初始化条件定义区域内的质量 自然对流的用户输入 定义重力加速度定义密度模型如果使用Boussinesq模型 选择boussinesq作为Density方法并且指派固定的值 0 设置热膨胀系数 设置工作温度T0 Ifusingatemperature dependentmodel 如果使用独立温度模型 e g 理想气体或多项式 指定工作密度或 AllowFLUENTtocalculate 0fromacellaverage default everyiteration 允许FLUENT从单元体的平均值开始计算 0 缺省 每一个迭代步 Define OperatingConditions Define Materials 辐射 当成立或者比对流和热传导率的数量级更大时要考虑辐射效果 要考虑辐射 就要解辐射密度传输方程在边界上流体的局部吸收把密度传输方程和能量方程耦合在一起辐射强度 I r s 是直接和空间上依赖的 辐射密度的传送机制 局部吸收外散射 远离这个方向 局部发射内散射 沿着这个方向 在FLUENT中可用的五个辐射模型 DOM 离散纵坐标模型 DTRM 离散传热模型P1辐射模型Rosseland模型 S2S 模型 离散纵坐标模型 由辐射传递方程解出一个离散有限立体角 s优点 传统方法导致粗离散化的热平衡使用更好的离散化能够增加精确度大多数复杂的辐射模型选项来说明散射 半透明介质 定向发射面和依赖波长的传播局限性解决一个纵坐标很大的问题对CPU要求较高 Absorption吸收 Emission发射 Scattering散射 离散传递辐射模型 主要假设 当辐射以一个特定范围的立体角离开面元时可以近似看作一条射线沿着每条射线使用光线跟踪技术来辐射强度的积分 优点 模型相对简单 随着射线数量的增加而增加精确度应用与大范围的光学厚度局限性 假设所有的面都是漫反射的不包括散射效果处理大量的射线会对CPU要求很高 P 1模型 主要假设 在RTE中的直接依赖是完整的 导致入射辐射的扩散方程优点 辐射传递方程求解对CPU要求较低包括散射效果包括粒子 水滴 和煤烟效果在光学厚度比较大的地方能够工作得比较好 比如燃烧室 局限性 假设所有表面是漫反射的如果光学厚度小的话可能导致精确度下降 依赖于几何学的复杂性 从局部热源或者水槽中趋向于预知辐射流量 面对面辐射模型 面对面的辐射模型能够用于没有介质参与的状态下的辐射模型比如 太空船热损耗系统 太阳能收集系统 辐射空间加热器 以及汽车冷却器面对面是基于视角因数的模型假设没有介质参与局限性面对面模型假设所有面是漫反射的执行假设是灰度辐射当面的数量增加时存储和内存需求会急剧上升使用面组能够降低内存要求滑行网格或者外悬点上的聚类不起作用不能与周期或者对称边界条件一起使用 太阳能模型 太阳能模型对太阳能辐射传递模型适用的光线跟踪法则 和所有辐射模型都兼容和类似求解器适用 但是光线跟踪法则不平行 只用于三维规格太阳光矢量方向阳光强度 直射 散射 太阳能计算器用来计算方向和直射强度使用理论的最大值或者 良好天气状况 瞬时情况当方向矢量由太阳能计算器定义时 太阳能方向矢量将会因此跟着瞬时模拟指定 每一次太阳能更新的时间步 选择辐射模型 对于特定问题 一个辐射模型通常更合适计算效果 P1在较少计算量的情况下给出了合理的精确度精确度 DTRM和DOM更精确光学厚度 DTRM DOM对于光学薄介质更好 L 1 P1对于光学厚介质更好 散射 P1和DOM适用于散射粒子效果 P1和DOM适用于在气体和粒子之间的辐射交换局部热源 DTRM DOM对于处理大量的射线或纵坐标更合适 Define Models Radiation 报告 热流量 热流量报告 推荐你使用热平衡检查来确定你的解时真的收敛了导出热流数据 可以导出壁面域 包括辐射 上的热流量数据到一个一般文件中使用文本界面 file export custom heat flux对每个选择的面域的文件格式 zone namenfacesx fy fz fAQT wT cHTC 报告 传热系数 基于壁面功能的传热系数其中CP是比热 kP是P点处的动能紊流度 T 在FLUENT6 3用户指南的13章中定义的 只在紊流流动而且能量方程被激活的状态下可用在绝热壁情况下选择 小结 有许多介绍性的水平指南使用了这一课所讨论的概念周期流动和传热 Tutorial 2 辐射和自然对流 Tutorial 5 凝固 Tutorial 20 许多其它的 许多中级和高级指南在下面可以找到 Appendix 薄壁和双面壁 在薄壁方式中 壁厚没有明确画出网格在两个域之间定义薄层材料热阻抗 x k在求解器中手动应用边界条件在外表面定义 Thermalboundaryconditionsaresuppliedontheinnersurfaceofathinwall Exteriorwall user specifiedthickness Fluidorsolidcells Outersurface calculated Innersurface thermalboundaryconditionspecifiedhere Interiorwall user specifiedthickness Interiorwallshadow user specifiedthickness Thermalboundaryconditionsaresuppliedontheinnersurfacesofuncoupledwall shadowpairs Fluidorsolidcells Fluidorsolidcells 输出 ANSYS 通过GUI或TUI输出ANSYS文件 file export ansysfile name一个简单的文件应包括坐标 连接性 以及下列标量 x 速度 y 速度 z 速度 压力 温度 紊流动能 紊流扩散率 密度 速度紊流 层流粘性 粘性效果 层流热传导率 导热效应 总压 总温 压力系数 马赫数 流函数 热流量 传热系数 壁面剪切 指定热传导 输出 ANSYS 写成ANSYS以 rfl为扩展名的结果文件 要把文件读入ANSYS 用下列程序 InANSYS gotoGeneralPostprocDataandFileOptionsandreadthe rflfilegeneratedfromFLUENT 在ANSYS中 一般前处理数据和文件选项而且要从FLUENT中读入 rfl的文件GotoResultsSummaryandclickonthefirstlineintheupcomingpanel YouwillseesomeinformationlistedintheANSYS 56 OUTPUTwindowdisplayinggeomteryinformatiom 进入结果小结再点击出现的面板中的第一行 你会看到在ANSYS 56 OUTPUT窗口中显式一些几何信息在小的ANSYS输入窗口 按顺序输入下列命令 SET FIRST PREP7ET 1 142最后的命令符合FLOTRAN3D单元 如果你的工况是2D的 需要改为ET 1 141在ANSYSMULTIPHYSICSUTITLITY菜单中 选择Plot和Nodes或者Elements 包括节点解在drop down列表中在Results下 输出 ABAQUS 简单文件 比如 file aba 坐标 连通性 可选负载 区域组 速度 和挑选过的数量会被写入 你能够在Functions中指定你想要的数量写入列表 导出数据到A