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ANSYSFluent在热分析中的使用介绍

发布时间:2022-08-23    来源:BB贝博ballbet体育入口94792

本文摘要:1.基本概念:热能的传送有三种基本的方式:热传导,热对流,热辐射1.1热传导物体各部分之间不再次发生比较偏移时,依赖分子、原子及自由电子等微观粒子的热运动而产生的热能传送称作热传导。

1.基本概念:热能的传送有三种基本的方式:热传导,热对流,热辐射1.1热传导物体各部分之间不再次发生比较偏移时,依赖分子、原子及自由电子等微观粒子的热运动而产生的热能传送称作热传导。导电的基本定率被总结为傅立叶定率:其中,Φ为热流量,单位为W,λ为导电系数,单位为W/(m·K),Α为面积,Τ为温度。

一般而言,气体的导电系由数值大约在0.006~0.6之间,其值随着温度的增高而减小。液体的导电系数大约在0.07~0.7之间,除了水和某些水溶液及甘油外,绝大多数液体的导电系数不会随着温度的增高而增大。1.2热对流由于流体的宏观运动而引发民的流体各部分之间再次发生比较偏移,冷流体互相掺混所造成的热量传送过程称作热对流。

必须解释的是热对流不能再次发生在流体当中,而且由于流体中的分子同时在展开着点状的热运动,因而热对流必定预示着热传导。工程中感兴趣的是流体流对一个物体表面时流体与物体表面之间的热量传送过程,我们称作对流传热,以区别于一般意义上的热对流。实质上,我们平时所说的热对流也所指这种情况。根据引发流动的原因来区分,对流传热可以区分为大自然对流和强迫对流两大类。

对流传冷的基本计算公式为牛顿加热公式:其中,为表面传热系数,也被称作对流换热系数,单位为W/(㎡·K)。1.3热辐射物体由于冷的原因而收到辐射能的现象我们称作热辐射。理论上谈,只要物体的温度低于绝对零度(0K),物体就不会大大的把热能变成辐射能,向外收到热辐射。

热辐射的基本计算公式为斯忒藩-玻耳兹曼定律,又称作四次方定律:其中,为物体的发射率,也称作黑度,其值总大于1,为斯忒藩-玻耳兹曼常量,它是个大自然常数,其值为5.67e-08W/(㎡·K4),T为热力学温度,单位K。以上为三种基本热传导方式的讲解,在实际问题中,这些方式往往不是分开经常出现的,很有可能是多种热传导方式的人组形式。2.导电问题的三大类边界条件1)规定了边界上的温度值,称作第一类边界条件,也称作Dirichlet条件。

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此类条件最简单的例子就是规定边界的温度为常数。2)规定了边界上的热流密度值,称作第二类边界条件,也称作Neumann条件。此类条件最简单的例子就是规定边界上的热流密度为常数。

3)规定了边界上物体与周围流体间的表面传热系数及周围流体的温度,称作第三类边界条件,也称作Robin条件。此外,在处置简单的实际工程问题时,我们还不会遇上电磁辐射边界条件,即物体表面与外界环境之间只再次发生电磁辐射换热,如航天器上的痉挛元件向太空的风扇。

2.1Fluent中热边界的设置在Wall设置中的Thermal选项卡中,前三种HeatFlux,Temperature,Convection分别对应前面所说的第二类,第一类及第三类边界条件。Radiation为电磁辐射边界条件,Mixed为混合边界条件。

配置文件情况下壁面为热力学,即通过壁面的热流量为0。值得一提的是,当计算出来当中不存在共轭热传导问题时,引入网格时,Fluent不会自动为共轭热传导交界面分解shadow面,如图2右图,一般情况下,此类壁面我们不必须展开额外设置。

图2耦合壁面在HeatFlux选项中,必须设置通过壁面的热流密度及壁面痉挛功率(配置文件壁面不痉挛,即痉挛功率划为0),如图3右图。图3第二类边界条件设置面板在Temperature选项中必须设置壁面的温度,其它设置与HeatFlux选项一样,如图4右图。

图4第一类边界条件设置面板在Convection选项中,必须设置对流换热系数及外界温度,其它设置与HeatFlux选项一样,如图5右图图5第三类边界条件设置面板在Radiation选项中必须设置壁面的发射率及外界温度,其它设置与HeatFlux选项一样,如图6右图。图6电磁辐射边界条件的设置在Mixed选项中必须同时登录壁面的表面换热系数、发射率、外界对流换热温度及外界电磁辐射温度,如图7右图图7混合边界条件的设置3.有所不同热传导方式的计算出来设置3.1热传导问题的设置在工程计算出来中,热传导漏的问题一般来说不会以热阻设置的情况呈现出,热阻的定义为:为壁面厚度,为导电系数,为面积。在Fluent中,处置这种问题有三种方法:1)设置一个有厚度的薄壁,并为其区分网格,设置材料通过解法器来计算出来热阻的值。

这种方法可以考虑到各个方向上的热量传送过程,但这种作法往往不会预示的大量的网格数量减少。图8薄壁网格示意图2)为壁面设置一个虚拟世界厚度。

几何模型中不反映其厚度,因而区分网格时也仅有以0厚度壁面不存在,引入Fluent中后,在壁面设置中为其设置一个虚拟世界的厚度。这种作法可以在考虑到热阻的同时大幅度减少网格数量,但这种作法不能考虑到垂直壁面方向的热量传送过程。在Fluent中,我们可以通过登录材料属性,壁面厚度来考虑到薄壁热阻对热传导的影响,如图10右图。

图9虚拟世界壁面厚度网格示意图图10Fluent中设置以设置壁面厚度的方式考虑到热阻3)设置ShellConduction,这种方法类似于方法2,但可以考虑到各个方向上的热量传送。


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