FLUID116

FLUID116
FLUID116单元描述
FLUID116 是可以在两个节点间进行热传导和流体传输的三维单元。

其热流量取决于流体的传导和质量流速。

当有对流存在时，可以定义额外的节点和对流面积，或由SURF151 and SURF152生成表面单元。

不论是哪种情况, 膜层散热系数都与流体的流速有关。

此单元可以有两种自由度：温度、压力.
该单元可以用在稳态和瞬态分析中。

如果模型中包含此单元，并且用于结构分析，则必须用相应的结构单元替换此单元。

详细叙述见ANSYS, Inc. Theory Reference f.中的FLUID116。

FLUID116 输入数据
单元的几何形状，节点位置和坐标系如上图所示。

该单元由2个主节点定义，如果有对流存在需要额外定义2个节点。

由2个主节点的位置决定了单元的长度L。

输入属性DENS的值将作为流体密度ρ，如果实常数R gas给定，ρ也可以根据理想气体定律（ideal gas law）来计算。

如果KEYOPT(2) = 2, 3, or 4, 对流系数h f w/(m2*c)由输入的KEYOPT(4)决定. 如果 KEYOPT(2) = 1, 对流表面（用FLUID116 速率）和其它信息被保存，并且能够被SURF151或SURF152单元使用，可以由用户通过USRSURF116来指定并可以指定膜层散热系数和体温度为速度或其他参数的函数。

输入数据的具体描述见Table 116.2: "FLUID116 Empirical Data Table (Optional)". 导热系数 k xx（W/m℃）由属性KXX指定.比热c p由（J/Kg℃）属性C指定. 流体粘性μ由属性 VISC指定.
如果节点 I处为流入口或流出口, 需要指定 KEYOPT(2) = 3 ，如果节点J为流入口或流出口, 需要指定 KEYOPT(2) = 4. 所有管上的单元必须指定相同的 KEYOPT. 对于网络的FULID116，KEYOPT(2)的取值影响并不明显，而详细的温度分布是很重要的, 对于小单元可以指定 KEYOPT(2) = 2 来得到精度相对更高的网格划分. KEYOPT(2) = 3 和4可以通过调节对流面积来改变(实常数7 and 8), 然而这样做并不方便.
摩擦系数(即输入的MU属性) 为 Moody 摩擦因子的起始值 (f).在第一次迭代时，摩擦因子的值为MU. 光滑管经验相关值是一个关于 Reynolds number (Re)的函数，它的取值由流体是层流还是湍流(Re>2500)来决定。

如果提供摩擦数据表(TB,FCON),则每个子步中的摩擦因子会从表中验算而得(如果有需要会使用线性插值). 关于该表的详细描述见Table 116.2: "FLUID116 Empirical Data Table (Optional)".
关键字PRES (或TEMP)应该在命令D的LAB相应位置输入，其值在VALUE相应位置输入。

如果节点热流率由E命令定义 , 则应该在LAB的相应位置输入关键字 HEAT (或 FLOW) ，在VALUE的相应位置输入其值.如果温度是唯一的自由度, (KEYOPT(1) = 1), 用SFE,,,HFLUX 命令替代F命令以质量/时间的单位制输入流速.流体的重力效果由非0的加速度或旋转矢量激活 [用ACEL and/or OMEGA命令].
当要用到转动速度和滑动系数时 (实常数 7-10定义在Table 116.1: " FLUID116 Element Real Constants"), 你可以指定是依据经验公式或由表格输入. 如果指定为表格输入，把表名放在%中(例如, %表名%). 如果要用表格输入转动速度，实常数7和8都应该有相同的表名或不指定实常数8. 与之类似, 如果要用表格输入滑动系数,实常数7和10都应该有相同的表名或不指定实常数10. 转动速度和滑动系数都可以随时间和位置而改变。

如果用到了表格式的实常数，则需要对FLUID116网络中的每个节点都指定一个表名. 为了得到正确的结果，对于任意节点，不同单元的表名必须一样。

查看ANSYS Thermal Analysis Guide中的Steady-State Thermal Analysis可以得到表格输入的更多信息。

单元载荷定义在Node and Element Loads中. 单元体载荷可以作为生热速率加在节点上. 默认情况下，节点J的生热速率HG(J) 与节点 I 的HG(I)相等.
KEYOPT(8) 用来指定流速损失 (见Table 116.1: " FLUID116 Element Real Constants"). 管中的由于弯曲、结合等所造成的动量损失可以由等效摩擦长度来L表示。

这种等效摩擦长度必须直接输入，或以常数K、D、f计算得到。

该单元的输入摘要见"FLUID116 Input Summary". 关于单元输入的一般描述见Element Input.
FLUID116 输入摘要
节点
I, J or I, J, K, L (见KEYOPT(2))
自由度
PRES, TEMP if KEYOPT(1) = 0
TEMP if KEYOPT(1) = 1
PRES if KEYOPT(1) = 2
实常数
见表116.1
材料特性
KXX（导热系数）,C（比热）,DENS（密度）,MU（摩擦系数）, VISC, HF（对流系数）表面载荷
见命令SFE，，，HFLUX
体载荷
Heat Generations --
HG(I), HG(J)
Special Features
Nonlinear（非线性）
KEYOPT(1)
指定自由度:
0 --
自由度为PRES 和 TEMP
1 --
自由度为TEMP
2 --
自由度为PRES
KEYOPT(2) (只有当KEYOPT(1) 取0 或1时才有效)
0 --
2个节点，没有对流面及对流信息
1 --
2 个节点，对流信息传给SURF151/SURF152
2 --
4 个节点，此单元含有面对流逻辑，并且对流区域由节点 I 和J共享
4 个节点，此单元含有面对流逻辑，并且对流区域只在节点 I
4 --
4 个节点，此单元含有面对流逻辑，并且对流区域只在节点 J
KEYOPT(4) （只有当KEYOPT(2) = 2, 3, 或4时才有效）
膜层散热系数(h f)定义：
0 --
用MP,HF
1 --
用9 到12实常数 (见Table 116.1: " FLUID116 Element Real Constants")
2 --
用TB,HFLM 定义，认为 h f是温度和平均速率的函数
3 --
用TB,HFLM 定义，认为h f是温度和Reynold's number的函数
4 --
用TB,HFLM 定义，认为Nu 是温度和Reynold's number的函数(h f = K xx*Nu/diam)
5 --
用User116Hf
KEYOPT(5) (只有当KEYOPT(4) = 0, 2, 3, 4, 或5时才有效)
估计膜层散热系数:
0 --
流体平均温度(TI + TJ)/2
1 --
平均壁温度(TK +TL)/2
平均膜层温度(TI + TJ + TK + TL)/4
3 --
温度导数 (TI + TJ)/2 - (TK + TL)/2
KEYOPT(6) (只有当KEYOPT(1) = 0 或2时才有效)
流体传导系数定义：
0 --
用传导公式
1 --
用实常数 C
2 --
用TB,认为FCON是温度和平均速率的函数
3 --
用TB,认为FCON 是温度和 Reynold's number的函数
4 --
用User116Cond
KEYOPT(7) (只有当KEYOPT(6) = 0时才有效)
摩擦因子计算:
0 --
用光滑导管的经验相关性
1 --
用MP,MU
2 --
用TB,FCON 认为摩擦因子是温度和平均速率的函数
Use TB,FCON 认为摩擦因子是温度和 Reynold's number的函数KEYOPT(8) (只有当KEYOPT(6) = 0时才有效)
流速损失定义:
0 --
用L a作为附加长度
1 --
用 K 作为损失系数
Table 116.1 FLUID116 实常数
注意：
实常数 7 到12 以及 20 到21 a只有当 KEYOPT(1) 为0 或1 时才有效，实常数 13 到19 只有当 KEYOPT(1) 为0 或 2时才有效.
Table 116.2: "FLUID116 Empirical Data Table (Optional)"中的数据由命令TB输入到数据表中。

曲线图表由TB命令初始化. 第一个曲线图的温度由TBTEMP命令指定. 常数(X, Y)由命令TBPT指定 (two per command).
Table 116.2 FLUID116 Empirical Data Table (Optional)
FLUID116 输出数据
此单元的求解数据以两种形式给出:
∙节点自由度（在全部节点解中）
∙单元附加输出数据见Table 116.3: "FLUID116 Element Output Definitions"
流速以质量/时间的单位制表示，并且规定其正方向是由节点I流向节点J。

节点处的流速
可以用OUTPR命令来打印出来对于结果输出数据的一般描述见Solution Output. 在ANSYS Basic Analysis Guide中介绍了查看结果的途径.
下面的符号说明在Table 116.3: "FLUID116 Element Output Definitions":
Table 116.3 FLUID116 Element Output Definitions
1.If KEYOPT(1) = 0 or 1
2.If KEYOPT(1) = 0 or 2
3.If KEYOPT(2) = 2, 3, or 4
4.Available only at centroid as a *GET item.
以下是用在Table 116.4: "FLUID116 Item and Sequence Numbers"的符号说明: Name
输出数据的名称，定义在Table 116.3: "FLUID116 Element Output Definitions" Item
ETABLE命令中的规定标识
E
单个数值或常数单元数据的序列号
I,J,K,L
节点 I,J,K,L的序号
Table 116.4 FLUID116 Item and Sequence Numbers
FLUID116 假设和约束
∙单元的长度不能为0, 即节点I 和J 不能重合.
∙节点K和 L 可以在空间中任何位置，甚至分别与节点I、J重合.
∙ D 必须为非0值.
∙ A 的默认值为πD2/4.0 ，并且单元的A必须始终为常数.
∙压缩性和流体的惯性在单元公式没有包括。

∙单元4个节点的必须为非0值.
∙MU 和DENS 必须为非0，KEYOPT(6) 必须为非0.
∙如果一节点既有流速由有压力,则流速约束将被忽略。

∙一般,流速指定在入口处，压力指定在出口处。

∙如果自由度中含有压力，单元被认为是非线性的，必须使用迭代求解.
∙当流速接近0时，需要用更多的子步来得到收敛解。

∙关于收敛控制见CNVTOL命令.。