《Fluent软件的使用》PPT课件

航空工程先进数值计算技术应用计算流体力学,教师：屈秋林办公室：新主楼C1114电话：82339592电邮：qql,传热模拟,能量方程,能量输运方程:单位质量的能量定义为:对于可压缩流动或者密度基求解器，能量项中包含压力做功和动能；对于压力基求解器，这两项被忽略，需要通过文本命令添加：TUI命令define/models/energy?中包含更多的选项。,热传导,组分扩散,粘性耗散,对流项,非定常项,源项,能量方程中的项粘性耗散,由于粘性耗散带来的能量方程源项为:也叫做粘性热当流动中的粘性剪切应力较大（例如，润滑）或者为高速可压缩流动时，粘性热很重要。通常是可以忽略的在压力基求解器中，默认情况下被忽略在密度基求解器中，总被包含当Brinkman数接近或者超过1时，粘性热变得重要,能量方程项组分扩散,组分扩散引起的能量源项，在多组分流动中可以被激活。包含由于组分扩散引起的焓的输运在密度基的求解器中总是激活在压力基的求解器中可以关闭,在反应流中，将包含化学反应引起的能量源项所有组分生成的焓所有组分的体积反应率辐射也会引起能量源项界面能量源连续相和离散相之间的热量交换,能量方程的项源项,固体区域的能量方程,可以计算固体区域中的热传导问题，其能量输运方程为h是显焓:固体内部热传导可以是各向异性的(仅对压力基求解器),壁面边界条件,五种热边界条件热通量温度对流模拟外部的对流环境（用户描述传热系数）辐射模拟外部的热辐射环境（用户描述表面发射率和辐射温度）混合对流和辐射边界条件的组合壁面的材料和厚度可以定义为1D或者壳体导热件。,耦合传热,在耦合传热计算中，固体内的热传导与流体内的热对流耦合。在定义流体/固体交界面的壁面上采用耦合边界条件。,绕热杆的冷却液流动,网格,速度矢量,温度云图,联合传热的例子,电路板(外部冷却)k=0.1W/mKh=1.5W/m2KT=298K,空气入口V=0.5m/sT=298K,电子元件(只模拟了一半)k=1.0W/mK热产生率是2瓦特,壁面(冷却壁面)h=1.5W/m2KT=298K,对称面,空气出口,建立问题确定热源,在固体区域内添加热源来模拟电子元件产生的热量。,温度分布(前视图和俯视图),前视图,俯视图(关于对称面进行了镜像),另一种模拟方法,也可以将电路板模拟为一个有厚度的壁面（ThinWallmodel）此时没有必要在下表面的固体区域划分网格。,固体区域内划分网格vs.薄壁方法,固体区域内划分网格在固体区域内求解能量方程此种方法是最为精确的方法，但是却要求更多的网格总是使用耦合热边界条件，因为在壁面的两侧都有单元,流体区域,固体区域,双侧壁面,通过能量方程直接计算壁面的热阻;可以计算出固体区域内温度沿着厚度的分布，计算双向的传热。,固体区域内划分网格vs.薄壁方法,薄壁方法利用模型直接计算壁面热阻在壁面边界条件中提供必要数据（材料热导率和薄壁厚度）仅仅对于内部壁面使用耦合传热的边界条件,在模型中利用壁面厚度和材料类型可以计算薄壁的热阻，薄壁内温度沿着厚度方向的分布假设为线性分布，该方法只能计算沿着壁面法向的热传导。如果选用壳传热单元，则可计算壳内的传热。,薄壁模型仅仅应用于法向热传导计算（不能够计算壁面内热传导），并且不需生成真实的网格单元。壁面边界条件应用在外层,薄壁模型中温度的定义,壁面的热边界条件,静温(cellvalue),薄壁(无网格),壳体热传导,壳体热传导能够用来计算壳内的传热问题。产生额外的传热单元，但是这些单元不能够被展示，也不能够被UDFs访问。导热区域内的固体属性必须是常数，不能随着温度变化。,自然对流,当流体吸收热量，流体的密度随温度发生变化时，将产生自然对流现象。自然对流是由密度变化引起的重力差异所驱动的。当考虑重力项时，动量方程中的压力梯度和体力项变化为当激活重力项时，压力变换可以避免截断误差。,自然对流Boussinesq模型,Boussinesq模型假设流体的密度是均匀的，因此对动量方程中沿着重力方向的体力项按下式计算当密度变化微小时正确(即温度变化微小)。与将流体的密度作为温度的函数相比，Boussinesq近似在许多自然对流的模拟中改善了收敛情况。常密度假设降低了非线性。当密度变化较小时是适用的。不能够和组分输运及反应流一起使用。封闭区域内的自然对流问题对于定常求解器,必须采用Boussinesq模型。对于非定常求解器,可以使用Boussinesq模型或者理想气体定律。,自然对流中用户的输入,在操作条件面板中定义重力加速度定义密度模型(有多种选择)Boussinesq模型激活重力加速度设置参考温度,T0选择Boussinesq模型作为密度计算方法，设置常值，0设置热膨胀系数，如果使用随温度变化的密度模型(理想气体,Aungier-Redlich-Kwong,多项式):设置操作密度，或者,允许FLUENT从单元平均值计算0,热辐射,当和热传导以及热对流的大小想当时，必须考虑到热辐射效应-斯蒂芬玻尔兹曼常数,5.6710-8W/(m2K4)为了计算热辐射，必须求解辐射强度输运方程。辐射强度输运方程通常独立于流场求解而单独求解，然而也可以和流场耦合在一起求解。辐射强度,I(r,s),具有方向性。FLUENT中包含了五种辐射模型DiscreteOrdinatesModel(DOM)DiscreteTransferRadiationModel(DTRM)P1RadiationModelRosselandModelSurface-to-Surface(S2S),数据报道热通量,热通量报道:通过检查热量平衡，可以检查流场是否真的收敛输出热通量的数据:可以将壁面的热通量数据输出到文件可以使用下列文本命令file/export/custom-heat-fluxFileformatforeachselectedfacezone:,zone-namenfacesx_fy_fz