star-ccm+冷卻水套流動和應(yīng)力計算教程課件

發(fā)動機(jī)水套流動及流固耦合換熱和應(yīng)力分析發(fā)動機(jī)水套流動及流固耦合換熱和應(yīng)力分析主要內(nèi)容概述流固耦合換熱的概念和應(yīng)用CFD求解耦合換熱的案例及意義利用STAR-CCM+進(jìn)行發(fā)動機(jī)水套CFD分析發(fā)動機(jī)水套流動和換熱CFD分析整體解決方案水套內(nèi)純流動問題CFD分析六缸完整水套等溫定常流動(案例1)水套流固耦合換熱CFD分析單缸非等溫定常流動(案例2)單缸非等溫?zé)釕?yīng)力分析(案例3)主要內(nèi)容概述流固耦合換熱的概念和應(yīng)用 流固耦合換熱--流體和固體之間的換熱過程，也叫共軛換熱 應(yīng)用領(lǐng)域—汽車、化工、能源、動力、航空、航天等流固耦合換熱的概念和應(yīng)用 流固耦合換熱--流體和固體之間的換CFD求解耦合換熱的案例及意義發(fā)動機(jī)—水套內(nèi)流動發(fā)動機(jī)—溫度分布渦輪應(yīng)用—溫度分布換熱器CFD求解耦合換熱的案例及意義發(fā)動機(jī)—水套內(nèi)流動發(fā)動機(jī)—溫度CFD求解耦合換熱的案例及意義流體溫度固體溫度發(fā)動機(jī)排氣歧管渦輪—流動CFD求解耦合換熱的案例及意義流體溫度固體溫度發(fā)動機(jī)排氣歧管利用STAR-CCM+進(jìn)行發(fā)動機(jī)水套CFD分析為什么采用STAR-CCM+？前處理—包面的優(yōu)勢、方便的網(wǎng)格參數(shù)設(shè)置、自動化的網(wǎng)格生成網(wǎng)格特點(diǎn)—多面體網(wǎng)格的優(yōu)勢求解器—高精度后處理—計算監(jiān)控和后處理的一體化，實(shí)時顯示生成report—提供豐富的關(guān)鍵參數(shù)report生成功能，便于分析計算結(jié)果利用STAR-CCM+進(jìn)行發(fā)動機(jī)水套CFD分析為什么采用ST利用STAR-CCM+進(jìn)行發(fā)動機(jī)水套CFD分析發(fā)動機(jī)水套的STAR-CCM+解決方案水套內(nèi)純流動過程模擬主要考察整體壓力損失和局部流動死區(qū)水套流固耦合換熱過程模擬主要考察共軛換熱情況，研究換熱效率水套流固耦合熱應(yīng)力分析主要考察水套固體熱應(yīng)力分布情況利用STAR-CCM+進(jìn)行發(fā)動機(jī)水套CFD分析發(fā)動機(jī)水套的S利用STAR-CCM+進(jìn)行發(fā)動機(jī)水套CFD分析基本操作流程導(dǎo)入幾何網(wǎng)格參數(shù)生成網(wǎng)格特征線包面劃分邊界表面重構(gòu)前處理模型邊界物理模型邊界條件求解設(shè)置計算監(jiān)控監(jiān)控參數(shù)后處理生成Report執(zhí)行計算按需執(zhí)行利用STAR-CCM+進(jìn)行發(fā)動機(jī)水套CFD分析基本操作流程導(dǎo)六缸完整水套等溫定常流動(案例1)幾何模型的導(dǎo)入進(jìn)口出口檢查網(wǎng)格質(zhì)量，如有必要，可進(jìn)行包面處理。六缸完整水套等溫定常流動(案例1)幾何模型的導(dǎo)入進(jìn)口出口檢查六缸完整水套等溫定常流動(案例1)重新生成面網(wǎng)格面網(wǎng)格尺寸邊界層(層數(shù),厚度,增長因子)2~10mm2層,1mm,1.5六缸完整水套等溫定常流動(案例1)重新生成面網(wǎng)格面網(wǎng)格尺寸邊六缸完整水套等溫定常流動(案例1)生成多面體類型的體網(wǎng)格網(wǎng)格數(shù)為542921；進(jìn)出口拉伸層為10層(總長度20mm)六缸完整水套等溫定常流動(案例1)生成多面體類型的體網(wǎng)格網(wǎng)格六缸完整水套等溫定常流動(案例1)選擇物理模型穩(wěn)態(tài)計算

湍流模型：K-Epsilon壁面處理：Two-layerAlly+WallTreatment求解器：SegregatedFlow模型參數(shù)修改-液態(tài)水的物理屬性(80℃)密度：971.8kg/m3動力黏度：3.551e-4Pa.s六缸完整水套等溫定常流動(案例1)選擇物理模型六缸完整水套等溫定常流動(案例1)邊界條件及求解設(shè)置進(jìn)口：速度進(jìn)口（2m/s）出口：壓力出口進(jìn)出口拉伸層壁面：滑移壁面其它邊界均按缺省設(shè)置給定求解器參數(shù)按缺省設(shè)置給定（實(shí)際可根據(jù)具體情況設(shè)定）六缸完整水套等溫定常流動(案例1)邊界條件及求解設(shè)置六缸完整水套等溫定常流動(案例1)后處理的相關(guān)設(shè)定建立三個截面，分別得到三個截面的速度標(biāo)量云圖在進(jìn)口處做一個report（面積平均的壓力），監(jiān)控計算收斂情況AABCBC六缸完整水套等溫定常流動(案例1)后處理的相關(guān)設(shè)定AABCB六缸完整水套等溫定常流動(案例1)結(jié)果展示A-AB-BC-C進(jìn)口壓力監(jiān)控曲線六缸完整水套等溫定常流動(案例1)結(jié)果展示A-AB-BC-C單缸非等溫定常流動(案例2)幾何模型的導(dǎo)入(固體)檢查網(wǎng)格質(zhì)量，如有必要，可進(jìn)行包面處理。進(jìn)水口出水口單缸非等溫定常流動(案例2)幾何模型的導(dǎo)入(固體)檢查網(wǎng)格質(zhì)邊界劃分單缸非等溫定常流動(案例2)實(shí)際模擬時，應(yīng)仔細(xì)劃分邊界，并按照實(shí)驗結(jié)果盡量準(zhǔn)確地給定邊界條件進(jìn)氣道和排氣道螺栓缸蓋底1.缸蓋底2.進(jìn)氣道3.排氣道4.上表面及側(cè)面5.螺栓孔6.其它邊界劃分單缸非等溫定常流動(案例2)實(shí)際模擬時，應(yīng)仔細(xì)劃分邊網(wǎng)格重構(gòu)表面網(wǎng)格大小2-10mm單缸非等溫定常流動(案例2)網(wǎng)格重構(gòu)表面網(wǎng)格大小2-10mm單缸非等溫定常流動(案例2)單缸非等溫定常流動(案例2)封閉流體域的進(jìn)出口封閉兩孔，邊界分別命名為inlet和outlet單缸非等溫定常流動(案例2)封閉流體域的進(jìn)出口封閉兩孔，邊界單缸非等溫定常流動(案例2)通過拓?fù)浞指顚⒘黧w和固體區(qū)域分開固體區(qū)域流體區(qū)域單缸非等溫定常流動(案例2)通過拓?fù)浞指顚⒘黧w和固體區(qū)域分開單缸非等溫定常流動(案例2)生成多面體類型的體網(wǎng)格邊界層(層數(shù),厚度,增長因子)2層,1mm,1.2進(jìn)出口拉伸，拉伸長度10mm單缸非等溫定常流動(案例2)生成多面體類型的體網(wǎng)格邊界層(層不考慮沸騰—單缸非等溫定常流動(案例2)流體域物理模型穩(wěn)態(tài)計算

湍流模型：K-Epsilon壁面處理：Two-layerAlly+WallTreatment溫度：SegregatedFluidTemperature求解器：SegregatedFlow固體域物理模型穩(wěn)態(tài)計算溫度：SegregatedSolidEnergy模型參數(shù)修改液態(tài)水密度：971.8kg/m3液態(tài)水動力黏度：3.551e-4Pa.s液態(tài)水導(dǎo)熱系數(shù)：0.674W/m.K固體材料：不銹鋼可以給定物性為溫度的函數(shù)不考慮沸騰—單缸非等溫定常流動(案例2)流體域物理模型可以給不考慮沸騰—單缸非等溫定常流動(案例2)流體邊界條件進(jìn)口：速度進(jìn)口（4m/s，353K）出口：壓力出口固體邊界條件缸蓋底：環(huán)境溫度700K，換熱系數(shù)450W/m2.K進(jìn)氣道：環(huán)境溫度320K，換熱系數(shù)300W/m2.K排氣道：環(huán)境溫度550K，換熱系數(shù)380W/m2.K上表面及側(cè)面：環(huán)境溫度340K，換熱系數(shù)100W/m2.K其它：缺省設(shè)置（絕熱）不考慮沸騰—單缸非等溫定常流動(案例2)流體邊界條件單缸非等溫定常流動(案例2)結(jié)果展示固體溫度流體溫度單缸非等溫定常流動(案例2)結(jié)果展示固體溫度流體溫度單缸非等溫?zé)釕?yīng)力分析(案例3)固體域物理模型穩(wěn)態(tài)計算溫度：SegregatedSolidEnergySolidstressLinearIsotropicElastic邊界條件螺栓孔Fix缸蓋底NormalDisplacement其他默認(rèn)單缸非等溫?zé)釕?yīng)力分析(案例3)固體域物理模型單缸非等溫?zé)釕?yīng)力分析(案例3)結(jié)果展示單缸非等溫?zé)釕?yīng)力分析(案例3)結(jié)果展示考慮沸騰—單缸非等溫瞬態(tài)流動(案例4)考慮沸騰模擬，網(wǎng)格仍采用案例2的模型，固體區(qū)物理模型不變，流體域物理模型為:瞬態(tài)計算：ImplicitUnsteady

BoilingSurfaceTensionGravity湍流模型：K-Epsilon壁面處理：Two-layerAlly+WallTreatment溫度：SegregatedMulti-PhaseTemperature求解器：SegregatedFlowMulti-PhaseEquationofStateVolumeofFluid(VOF)EulerianMultiphaseMulti-PhaseMixture考慮沸騰—單缸非等溫瞬態(tài)流動(案例4)考慮沸騰模擬，網(wǎng)格仍采考慮沸騰—單缸非等溫瞬態(tài)流動(案例4)固體邊界條件同案例2，流體邊界條件為進(jìn)口：速度進(jìn)口（4m/s，353K，VolumeFractionofWater：1.0）出口：壓力出口（VolumeFractionofWater：1.0）初始條件：流體速度：0m/s流體/固體溫度：353K流體區(qū)VolumeFractionofWater：1.0

求解參數(shù)時間步長：0.1s計算時間：100s其它參數(shù)按默認(rèn)設(shè)置考慮沸騰—單缸非等溫瞬態(tài)流動(案例4)固體邊界條件同案例2，考慮沸騰—單缸非等溫瞬態(tài)流動(案例4)后處理的相關(guān)設(shè)定建立VOF的等值面，可基于此等值面顯示其它標(biāo)量（如壓力）的云圖，以此來觀察氣泡的產(chǎn)生?？紤]沸騰—單缸非等溫瞬態(tài)流動(案例4)后處理的相關(guān)設(shè)定考慮沸騰—單缸非等溫瞬態(tài)流動(案例4)輸出流體跟固體界面的換熱系數(shù)考慮沸騰—單缸非等溫瞬態(tài)流動(案例4)輸出流