11-fluent传热模型

©2006ANSYS,Inc.Allrightsreserved.ANSYS,Inc.Proprietary传热模型IntroductoryFLUENTTraining7-2©2006ANSYS,Inc.Allrightsreserved.ANSYS,Inc.Proprietary大纲EnergyEquation能量方程WallBoundaryConditions壁面边界条件ConjugateHeatTransfer耦合传热Thinandtwo-sidedwalls薄面及两面壁面NaturalConvection自然对流RadiationModels辐射模型Reporting–Export报告－导出能量方程7-3©2006ANSYS,Inc.Allrightsreserved.ANSYS,Inc.Proprietary能量输运方程•每单位质量的能量E定义为：•能量E中的压力和动能项在基于密度的求解器中会自动加入，在基于压力的求解器中会忽略，可以通过命令行打开Define/models/energy?hjjjSVJhTkpEVtEeffeff能量方程22VphEConduction传导SpeciesDiffusion物质扩散ViscousDissipation粘性耗散能量方程－粘性耗散项7-4©2006ANSYS,Inc.Allrightsreserved.ANSYS,Inc.Proprietary能量方程－粘性耗散项由于耗散造成的能量源项viscousheating粘性剪切作用产生的热量当粘性剪切力大或者高速可压流动中较重要通常可以忽略在基于压力求解器中缺省不含在基于密度求解器中包含当Brinkman数接近或超过1时比较重要VeffTkUe2Br能量方程－物质扩散项7-5©2006ANSYS,Inc.Allrightsreserved.ANSYS,Inc.Proprietary能量方程－物质扩散项由于组分扩散造成的能量源项包括由于物质扩散造成的焓的输运效果默认在基于密度的求解器中包含在基于压力的求解器下可以关闭jjjJh能量方程其它项7-6©2006ANSYS,Inc.Allrightsreserved.ANSYS,Inc.Proprietary能量方程其它项由化学反应引起的能量源项各种组分的生成焓各种组分的体积反应率辐射引起的能量源项相间能量源项包括连续相和离散相之间传热DPM，喷雾，粒子等hjjjSVJhTkpEVtEeffeff固体区域的能量方程7-7©2006ANSYS,Inc.Allrightsreserved.ANSYS,Inc.Proprietary固体区域的能量方程计算固体区域的热传导能量方程可以使用各项异性的传导率（仅限于压力求解器）hSTkhVth)(Tkij壁面边界条件7-8©2006ANSYS,Inc.Allrightsreserved.ANSYS,Inc.Proprietary壁面边界条件五种热量条件Radiation辐射外部物体传热给壁面给出发射率和混合组合对流和辐射边界条件壁面材料可以定义一维方向的厚度和导热计算耦合传热7-9©2006ANSYS,Inc.Allrightsreserved.ANSYS,Inc.Proprietary耦合传热能够计算固体热传导，并且与流体的对流换热耦合耦合边界条件对任意分隔两个单元体的壁面区域适用GridTemperaturecontoursVelocityvectorsExample--CoolingFlowoverFuelRods耦合传热举例7-10©2006ANSYS,Inc.Allrightsreserved.ANSYS,Inc.Proprietary(externallycooled)k=0.1W/m∙Kh=1.5W/m2∙KT∞=298KAirOutletAirinletV=0.5m/sT=298K耦合传热举例ElectronicChip(onehalfismodeled)k=1.0W/m∙KQ=2WattsTopwall(externallycooled)h=1.5W/m2∙KT∞=298KSymmetryPlanes举例－网格和边界条件7-11©2006ANSYS,Inc.Allrightsreserved.ANSYS,Inc.Proprietary举例－网格和边界条件FlowdirectionBoard(solidzone)Chip(solidzone)2WattssourceConvectionBoundary1.5W/m2K298Kfreestreamtemp.Convectionboundary1.5W/m2K298KfreestreamtempAir(fluidzone)举例－问题设置7-12©2006ANSYS,Inc.Allrightsreserved.ANSYS,Inc.Proprietary举例－问题设置温度分布（主视图和顶视图）7-13©2006ANSYS,Inc.Allrightsreserved.ANSYS,Inc.Proprietary温度分布（主视图和顶视图）FlowdirectionBoard(solidzone)Chip(solidzone)2WattssourceConvectionBoundary1.5W/m2K298Kfreestreamtemp.Convectionboundary1.5W/m2K298KfreestreamtempAir(fluidzone)FrontViewTopViewFlowdirection耦合传热设置7-14©2006ANSYS,Inc.Allrightsreserved.ANSYS,Inc.Proprietary©2006ANSYS,Inc.Allrightsreserved.ANSYS,Inc.Proprietary另一种建模策略电路版（board）可以定义为带厚度的壁面（wall）在这种情况下，不需要给下层的固体区域画网格壁面热传导的两种方式7-16©2006ANSYS,Inc.Allrightsreserved.ANSYS,Inc.Proprietary壁面热传导的两种方式带网格壁面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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FluidzoneSolidzoneWallzone(withshadow)Fluidzone壁面热阻抗在能量方程中直接得到；壁厚上的温度分布通过计算得到；双向传热计算。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计算。Wallzone(noshadow)薄壁模式的温度定义7-17©2006ANSYS,Inc.Allrightsreserved.ANSYS,Inc.Proprietary薄壁模式的温度定义薄壁模式只计算法向传导（没有平面传导），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ThermalboundaryconditiononwallStatictemperature(cellvalue)Thinwall(nomesh)Walltemperature(outersurface)Walltemperature(innersurface)壁面传热的壳传导选项7-18©2006ANSYS,Inc.Allrightsreserved.ANSYS,Inc.Proprietary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生成了附加的导热单元体，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，不能作为温度的函数Statictemperature(cellvalue)VirtualconductioncellsWallTemperature(innersurface)WallTemperature(outersurface)自然对流7-19©2006ANSYS,Inc.Allrightsreserved.ANSYS,Inc.Proprietary自然对流流体被加热，流体密度随着温度变化而变化重力作用在变化的密度上引起流动当考虑重力项时，动量方程中的压力梯度和体积力项可以表达为：gxpgxp)(0wherexgpp0自然对流－Boussinesq模型7-20©2006ANSYS,Inc.Allrightsreserved.ANSYS,Inc.Proprietary自然对流－Boussinesq模型Boussinesq模型假设只有动量方程的浮力项中密度是随温度变化的，此之外流体密度相同的，我们有：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当密度变化较小时适