第六節(jié)傳熱模型

優(yōu)選第六節(jié)傳熱模型當(dāng)前1頁，總共30頁。能量方程能量輸運(yùn)方程:單位質(zhì)量的能量E:對可壓縮性流體，或者密度基求解器，總是考慮壓力做功和動能。對壓力基求解器計(jì)算不可壓流體，這些項(xiàng)被忽略，可以用下面的命令加入:define/models/energy?ConductionSpeciesDiffusionViscousDissipationConductionUnsteadyEnthalpy

Source/Sink當(dāng)前2頁，總共30頁。固體域的能量方程能計(jì)算固體域的導(dǎo)熱能量方程:h顯焓:固體域的各向異性導(dǎo)熱系數(shù)（壓力基求解器）當(dāng)前3頁，總共30頁。壁面邊界條件五類熱邊界條件熱流量溫度對流–模擬外部環(huán)境的對流（用戶定義換熱系數(shù)）輻射–模擬外部環(huán)境的輻射（用戶定義外部發(fā)射率和輻射溫度）混合–對流和輻射邊界的結(jié)合.壁面材料和厚度可以定義為一維或殼導(dǎo)熱計(jì)算當(dāng)前4頁，總共30頁。共軛傳熱CHT固體域的導(dǎo)熱和流體域的對流換熱耦合在流體/固體交界面使用耦合邊界條件CoolantFlowPastHeatedRodsGridVelocityVectorsTemperatureContours當(dāng)前5頁，總共30頁。共軛傳熱例子Circuitboard(externallycooled)k=0.1W/m?Kh=1.5W/m2?KT∞=298KAirinletV=0.5m/sT=298KElectronicComponent(onehalfismodeled)k=1.0W/m?KHeatgenerationrateof2watts(eachcomponent)Topwall(externallycooled)h=1.5W/m2?KT∞=298KSymmetry

PlanesAiroutlet當(dāng)前6頁，總共30頁。問題設(shè)置-熱源在固體域加入熱源模擬電子部件的生成熱當(dāng)前7頁，總共30頁。溫度分布FlowdirectionConvectionBoundary1.5W/m2K298Kfreestreamtemp.Convectionboundary1.5W/m2K298KfreestreamtempFrontViewTopView

(imagemirroredaboutsymmetryplane)Elect.Component

(solidzone)2WattssourceBoard(solidzone)Air(fluidzone)298426410394378362346330314Temp.(oF)Flowdirection當(dāng)前8頁，總共30頁。替代的模擬策略可替代的策略為模擬壁面為一有厚度面(ThinWallmodel).這時，不需對固體域劃分網(wǎng)格當(dāng)前9頁，總共30頁。對固體板劃分網(wǎng)格vs.薄壁方法對固體板劃分網(wǎng)格在固體域求解能量方程l.板厚度需用網(wǎng)格離散最精確的方法，但需要多計(jì)算網(wǎng)格由于壁面兩側(cè)都有網(wǎng)格，總是應(yīng)用耦合熱邊界條件FluidzoneSolidzoneWallzone(withshadow)WallthermalresistancedirectlyaccountedforintheEnergyequation;Through-thicknesstemperaturedistributioniscalculated.Bidirectionalheatconductioniscalculated.當(dāng)前10頁，總共30頁。對固體板劃分網(wǎng)格vs.薄壁方法薄壁方法人工模型模擬壁面熱阻壁面需要必要的數(shù)據(jù)輸入（材料導(dǎo)熱系數(shù)，厚度）只有對內(nèi)部邊界用耦合邊界條件FluidzoneWallzone(noshadow)Wallthermalresistanceiscalculatedusingartificialwallthicknessandmaterialtype.Through-thicknesstemperaturedistributionisassumedtobelinear.Conductionisonlycalculatedinthewall-normaldirectionunlessShellConductionisenabled.當(dāng)前11頁，總共30頁。殼導(dǎo)熱模型殼導(dǎo)熱模型處理板內(nèi)部的導(dǎo)熱求解器創(chuàng)建額外的導(dǎo)熱單元，但不能顯示，也不能通過UDF獲得固體屬性必須是常數(shù)，不能和溫度相關(guān)StaticTemperature(cellvalue)Virtualconductioncells當(dāng)前12頁，總共30頁。自然對流當(dāng)流體加熱后密度變化時，發(fā)生自然對流流動是由密度差引起的重力驅(qū)動的有重力存在時，動量方程的壓力梯度和體積力項(xiàng)重寫為：:

其中當(dāng)前13頁，總共30頁。自然對流–Boussinesq模型Boussinesq模型假設(shè)流體密度是不變的，只是改變動量方程沿著重力方向的體積力適用于密度變化小的情況(例如，溫度在小范圍內(nèi)變化).對許多自然對流問題，Boussinesq假設(shè)有更好的收斂性

常密度假設(shè)減少了非線性.密度變化較小時適合.不能和有化學(xué)反應(yīng)的組分輸運(yùn)方程同時使用.封閉空間的自然對流問題對穩(wěn)態(tài)問題，必須使用Boussinesq模型.非穩(wěn)態(tài)問題，可以使用Boussinesq模型或者理想氣體模型當(dāng)前14頁，總共30頁。自然對流的用戶輸入在操作條件面板中定義重力加速度定義密度模型Boussinesq模型激活重力項(xiàng).設(shè)置操作溫度

T0.選擇Boussinesq模型，輸入密度值ρ0.設(shè)置熱膨脹系數(shù)

β.使用溫度變化模型(idealgas,Aungier-

Redlich-Kwong,polynomial):設(shè)置操作密度或讓FLUENT從單元平均中計(jì)算ρ0

當(dāng)前15頁，總共30頁。輻射當(dāng)和對流及導(dǎo)熱換熱相比，量級相當(dāng)時，應(yīng)該考慮輻射效應(yīng)σ，Stefan-Boltzmann常數(shù),5.67×10-8W/(m2·K4)要考慮輻射，需求解輻射強(qiáng)度輸運(yùn)方程RTEs當(dāng)?shù)亓黧w對輻射能的吸收，以及邊界對輻射的吸收，把RTEs和能量方程耦合起來這些方程常常和流動方程分離求解，然而，他們也可以和流動耦合輻射強(qiáng)度,I(r,s),和方向及空間是相關(guān)的FLUENT中有五個輻射模型離散坐標(biāo)模型(DOM)離散傳輸輻射模型(DTRM)P1模型Rosseland模型lSurface-to-Surface(S2S)當(dāng)前16頁，總共30頁。選擇輻射模型指南：計(jì)算代價P1計(jì)算代價小，有合理的精度精度DTRM和DOM最精確.光學(xué)厚度DTRM/DOM適合光學(xué)厚度小的模型(αL<<1)P1適合光學(xué)厚度大的模型.S2S適合零厚度模型散射只有P1和DO能考慮散射顆粒輻射P1和DOM能考慮氣體和顆粒間的輻射換熱局部熱源適合用DTRM/DOM帶足夠數(shù)量的射線/坐標(biāo)計(jì)算當(dāng)前17頁，總共30頁。附錄當(dāng)前18頁，總共30頁。太陽輻射模型太陽輻射模型太陽輻射能量的射線追蹤算法，和其他輻射模型兼容允許并行計(jì)算（但射線追蹤算法不能并行）僅適用3D特點(diǎn)太陽方向向量太陽強(qiáng)度（方向，散射）使用理論最大或氣象條件計(jì)算方向和方向強(qiáng)度瞬態(tài)情況當(dāng)方向向量是用太陽計(jì)算器算出的化，瞬態(tài)計(jì)算中太陽方向矢量會隨時間改變設(shè)置“timestepspersolarloadupdate”當(dāng)前19頁，總共30頁。能量方程源項(xiàng)–粘性耗散粘性耗散引起的能量源項(xiàng):也稱為粘性加熱對粘性剪切力大的流體（如潤滑油）和高速可壓縮流動比較重要常常忽略缺省的壓力基求解器不包括.密度基求解器一般包括.當(dāng)Brinkman數(shù)接近或超過1時重要當(dāng)前20頁，總共30頁。能量方程源項(xiàng)–組分?jǐn)U散多組分流中因?yàn)榻M分?jǐn)U散引起的能量源項(xiàng)：包括了由于組分?jǐn)U散引起的焓輸運(yùn)效應(yīng)密度基求解器總包含在壓力基求解器中可以不顯示此項(xiàng)當(dāng)前21頁，總共30頁。能量方程–源項(xiàng)化學(xué)反應(yīng)流中由于化學(xué)反應(yīng)引起的能量源項(xiàng)所有組分的生成焓所有組分的體積生成率由于輻射引起的能量源項(xiàng)相間能量源項(xiàng):包括連續(xù)相和離散相間的傳熱DPM,噴霧,顆?！?dāng)前22頁，總共30頁。薄壁中的溫度分布薄壁模型應(yīng)用于法向?qū)?，不生成?shí)際的單元壁面熱邊界條件應(yīng)用于外層ThermalboundaryconditiononwallStatictemperature(cellvalue)Thinwall(nomesh)Walltemperature(outersurface)Walltemperature(innersurface)當(dāng)前23頁，總共30頁。薄壁和兩側(cè)壁面薄壁方法中，壁面厚度不需劃分網(wǎng)格在兩個區(qū)域之間模擬薄層的材料求解器施加熱阻x/k邊界條件施加在外層面上ThermalboundaryconditionsaresuppliedontheinnersurfaceofathinwallExteriorwall(user-specifiedthickness)FluidorsolidcellsOutersurface(calculated)Innersurface(thermalboundaryconditionspecifiedhere)Interiorwall(user-specifiedthickness)Interiorwallshadow(user-specified

thickness)Thermalboundaryconditionsaresuppliedontheinnersurfacesofuncoupledwall/shadowpairsFluidorsolidcellsFluidorsolidcells當(dāng)前24頁，總共30頁。離散坐標(biāo)模型AbsorptionEmissionScattering在有限的離散立體角度σs上求解輻射輸運(yùn)方程:優(yōu)勢:守恒方法能保證粗的離散方式上實(shí)現(xiàn)熱平衡通過更密的離散方式能提高精度最綜合性的模型:考慮了散射、半透明介質(zhì)、鏡面以及波長相關(guān)的灰體模型局限性:求解大數(shù)量坐標(biāo)耗費(fèi)CPU過多當(dāng)前25頁，總共30頁。離散傳輸輻射模型(DTRM)主要的假設(shè)–特定范圍角度的離開表面的輻射能用一束射線近似使用射線跟蹤技術(shù)，沿著每條射線積分輻射強(qiáng)度優(yōu)勢:相對簡單的模型增加射線數(shù)量能提高精度適用大范圍的光學(xué)厚度局限性:假設(shè)所有表面是漫射的.不包括散射.求解大數(shù)量的射線耗費(fèi)CPU過多.當(dāng)前26頁，總共30頁。P-1模型主要假設(shè)–對RTE積分后，和方向不再相關(guān)，導(dǎo)出入射輻射的擴(kuò)散方程優(yōu)勢:輻射傳熱方程更易求解，耗費(fèi)資源少包括散射效應(yīng)顆粒、液滴和煙灰的影響對光學(xué)厚度大的應(yīng)用（如燃燒）較合理局限性:假設(shè)所有面都是漫射的

如果光學(xué)厚度小的話，可能導(dǎo)致精度損失（取決于幾何的復(fù)雜性）對局部熱源或匯，預(yù)測的輻射熱過高當(dāng)前27頁，總共30頁。Surface-to-Surface(S2S)輻射模型S2S輻射模型用于模擬介質(zhì)不參與的輻射例如，太空飛船的排熱系統(tǒng)、太陽能搜集系統(tǒng)、輻射加熱器、汽車發(fā)動機(jī)艙散熱等S2S是基于角系數(shù)的模型假設(shè)沒有介質(zhì)參與局限性:S2S模型假設(shè)所有面是散射的假設(shè)是灰體輻射隨著表面數(shù)量的增加，存儲和內(nèi)存增加很快可以使用面族來減少內(nèi)存使用面族不能和滑移網(wǎng)格及懸節(jié)點(diǎn)同時使用

不能使用于周期性或?qū)ΨQ邊界條件當(dāng)前28頁，總共30頁。輸出–ANSYS輸出擴(kuò)展名為.rfl的

ANSYS結(jié)果文件，讀入到ANSYS的順序?yàn)椋?/p>

在ANSYS中，到“GeneralPostprocData”及“FileOptions”，讀入FLUENT生成的文件到“ResultsSummary”，點(diǎn)擊第一行，能看到ANSYS_56_OUTPUT窗口顯示的幾何信息在ANSYS輸入窗口，鍵入下面的命令: SET,FIRST /PREP7 ET,1,142

最后