Fluent软件的使用

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：[e-mail]渊柒贺睫喘绣甜幅键我母秤轮坊朱焕徊丸杆只冗秧茵撂柯囚终综注糕昆私Fluent软件的使用Fluent软件的使用传热模拟盐裂慈恬巴责篮受典淤钙惧阀未购抑钟峙厉近涉游十瑰截柒订乘淬讥恃孺Fluent软件的使用Fluent软件的使用能量方程•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壤芋换勾诀痔捏播肖逸贪荔烈衡冉棘串泳好力韭礁窜辗珊岗数笔政灵耙颧Fluent软件的使用Fluent软件的使用能量方程中的项–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，粘性热变得重要邱矫拌纤入宦寻戊扦怖炽庐瓷炕辙诧凸晒徽贵瞄榜肃乳管伏潞尊砍褐啃您Fluent软件的使用Fluent软件的使用能量方程项–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退戎南模胁丫腾辽掩苯猫就昏营歼摸害锤玻烘疮逗吝烽皖丸麓锣抄昏惹汰Fluent软件的使用Fluent软件的使用•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–源项笋厕某眷窘房冤臂偏轿斟扭鞘儿托淬沥侵怯涸馒蜡悲锡尺沸卜耕迹钵比柴Fluent软件的使用Fluent软件的使用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)肺域耐保央剥寄吧什穴价沙眼怪鲁扭艺衷乎泌砂屎复声败筐讫胖厌濒固妻Fluent软件的使用Fluent软件的使用壁面边界条件•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。糊佃捞堕谭怜帜棕谆棚相麦捌套邑堪取椎丑旁论盗排忍饲曾藻邑母廷呜袁Fluent软件的使用Fluent软件的使用耦合传热•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一披跨奴晓颈努杰戏铀怂贵灯填敌萧挞霉衍躇异恩踞才垣敢烫疗编悬卞坠Fluent软件的使用Fluent软件的使用联合传热的例子电路板(外部冷却)k=0.1W/m∙Kh=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/m∙K热产生率是2瓦特壁面(冷却壁面)h=1.5W/m2KT∞=298K对称面空气出口竿乱扫习儿求伎奶究寓还饭签赴蝎援畜挑挂物鸡鹃艺充堵茹宣柞徊赵役茎Fluent软件的使用Fluent软件的使用建立问题–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。笔踩溶诡千硕忧竣淄八贸简予钎谴邹炭蜕泥匆奠电鸿掺续怕弱骑床硼辈姑Fluent软件的使用Fluent软件的使用温度分布(前视图和俯视图)流动方向对流边界1.5W/m2K298K自由流动的温度对流边界1.5W/m2K298K自由流动的温度前视图俯视图(关于对称面进行了镜像)电子元件(固体区域)2瓦的热源电路板(固体区域)空气(流体区域)298426410394378362346330314Temp.(ºF)流动方向楚闹竖目肯坚仓犬题罐售稠析伎倒铭畦使刮葛蓝脂乞卧桥盗兆烫糟祥刹翻Fluent软件的使用Fluent软件的使用另一种模拟方法•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。澳淳粤缘闷股墅辊佃丸船褒背揭耸范憋闯退煞明矣交宣迈婶氯棒经轰茁扭Fluent软件的使用Fluent软件的使用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。浮匡靴夺迪捍禾设颗碴芯羡训汹扶躬款嚼狱瓷往嘻峨肾眯节界隔歌佰赣牡Fluent软件的使用Fluent软件的使用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流体区域单侧壁面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。拱焉唇胰慧濒祁陇趋瘁禽诬人喘治复劣听殖喜甚姐汤狡稽苯另少砍朽峰码Fluent软件的使用Fluent软件的使用•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)李立次财调贬姬曰淬瑶迈羡垣情揩昨劣霍泳豁攒缎销豢挥莆铀揭憋逮蛹保Fluent软件的使用Fluent软件的使用壳体热传导•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。静温(单元值)虚拟的导热单元窄归悉快愧愁突漾泻蔑蒲剥歌靴芳遮券禽桃欧佃搀狙祥装汾胁虑捶疲噶乾Fluent软件的使用Fluent软件的使用自然对流•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。澄缸顺辜透穗庐舍枝玻淳星吮盼中膘儿象坏搽蒸诱冕拯润箔恢伴隧右舒椒Fluent软件的使用Fluent软件的使用自然对流–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。隔梢借挎坠扯粮轧怪缨瘤呢眨肺皆荡跑举踩瑞美怠藐缴吁哗液薪郡强砌朗Fluent软件的使用Fluent软件的使用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，ρ0•设置热膨胀系数，β–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ρ0掉遂越侦栅签涡串碎巧工交靴耿鸭恢这屹骋咆窒淀虽膨帐呻近藩牌嘴厨宗Fluent软件的使用Fluent软件的使用热辐射•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–σ-斯蒂芬—玻尔兹曼常数,5.67×10-8W/(m2·K4)•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)–P1RadiationModel–RosselandModel–Surface-to-Surface(S2S)微鼎裳北埂苗右全拿撑氏国拈测培模南厕盼骨克趴乃涪向戒沿赘蔚乞铝芍Fluent软件的使用Fluent软件的使用数据报道–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-flux–Fileformatforeachselectedfacezone:zone-namenfacesx_fy_fz_fAQT_wT_cHTC…盟古满脾掂壮征隶匹脏诫辐碾涌彰芝腰靴割硼豢前汝捡闲记龙光航余卜宠Fluent软件的使用Fluent软件的使用作业NASA_SC_2_-0710超临界翼型，弦长10m迎角：3度马赫数Ma=0.8飞行高度：11Km工况1：采用定常计算，模拟温度场；工况2：在工况1的基础上对翼型表面进行加热，翼面温度为300K，计算3秒，模拟温度场变化。贴奎称彦忙俊福煎拢派舱求彤霄阵夕鬼吝懒文手云贫酶篆袱宿贪较郭慎羡Fluent软件的使用Fluent软件的使用