FLUENT第六节传热模型演示文稿

Symmetry Planes
Air outlet
Electronic Component (one half is modeled) k = 1.0 W/m∙K Heat generation rate of 2 watts (each component)
Circuit board (externally cooled) k = 0.1 W/m∙K h = 1.5 W/m2∙K T∞ = 298 K
– 热流量 – 温度 – 对流 – 模拟外部环境的对流（用户定义换热系数） – 辐射 – 模拟外部环境的辐射（用户定义外部发射率和辐射温度） – 混合 – 对流和辐射边界的
结合.
壁面材料和厚度可以定义 为一维或壳导热计算
共轭传热
CHT固体域的导热和流体域的对流换热耦合 在流体/固体交界面使用耦合边界条件
对固体板划分网格 vs. 薄壁方法
薄壁方法
– 人工模型模拟壁面热阻 – 壁面需要必要的数据输入（材料导热系数，厚度） – 只有对内部边界用耦合边界条件
Wall zone (no shadow)
Fluid zone
Wall thermal resistance is calculated using artificial wall thickness and material type. Through-thickness
temperature distribution is assumed to be linear. Conduction is only calculated in the wall-normal
direction unless Shell Conduction is enabled.
壳导热模型
壳导热模型处理板内部的 导热
Board (solid zone)
Elect. Component (solid zone) 2 Watts source
Top View (image mirrored about symmetry plane)
Convection Boundary 1.5 W/m2 K 298 K free stream temp.
密度值 ρ0. • 设置热膨胀系数 β.
– 使用温度变化模型 (ideal gas, AungierRedlich-Kwong, polynomial):
Wall zone (with shadow)
Fluid zone Solid zone
Wall thermal resistance directly accounted for in the Energy equation; Through-thickness temperature distribution is calculated. Bidirectional heat conduction is calculated.
– 对可压缩性流体，或者密度基求解器，总是考虑压力做功和动能。对压 力基求解器计算不可压流体，这些项被忽略，可以用下面的命令加入:
– define/models/energy?
固体域的能量方程
能计算固体域的导热 能量方程:
– h 显焓:
固体域的各向异性导热系数（压力基求解器）
壁面边界条件
五类热边界条件
Grid
Velocity Vectors
Temperature Contours
Coolant Flow Past Heated Rods
共轭传热例子
Top wall (externally cooled) h = 1.5 W/m2∙K T∞ = 298 K
Air inlet V = 0.5 m/s T = 298 K
替代的模拟策略
可替代的策略为模拟壁面为一有厚度面 (Thin Wall model). 这时，不需对固体域划分网格
对固体板划分网格 vs. 薄壁方法
对固体板划分网格
– 在固体域求解能量方程l. – 板厚度需用网格离散 – 最精确的方法，但需要多计算网格 – 由于壁面两侧都有网格，总是应用耦合热边界条件
其中
自然对流 –Boussinesq 模型
Boussinesq 模型假设流体密度是不变的，只是改变动量方程沿着重力 方向的体积力
– 适用于密度变化小的情况 (例如，温度在小范围内变化).
对许多自然对流问题，Boussinesq 假设有更好的收敛性 – 常密度假设减少了非线性. – 密度变化较小时适合. – 不能和有化学反应的组分输运方程同时使用.
求解器创建额外的导热单 元，但不能显示，也不能 通过UDF获得
固体属性必须是常数，不 能和温度相关
Static Temperature (cell value)
Virtual conduction cells
自然对流
当流体加热后密度变化时，发生自然对流 流动是由密度差引起的重力驱动的
有重力存在时，动量方程的压力梯度和体积力项重写为：:
封闭空间的自然对流问题 – 对稳态问题，必须使用 Boussinesq 模型. – 非稳态问题，可以使用 Boussinesq 模型或者理想气体模型
自然对流的用户输入
在操作条件面板中定义重力加 速度
定义密度模型
– Boussinesq 模型
• 激活重力项. • 设置操作温度 T0. • 选择 Boussinesq 模型，输入
问题设置-热源
在固体域加入热源模拟电子部件的生成热
温度分布
Temp. (ºF) 426 410 394 378 362 346 330 314 298
Flow direction
Flow direction
Air (fluid zone)
Front View
Convection boundary 1.5 W/m2 K 298 K free stream temp
FLUENT第六节传热模型演示文稿
优选FLUENT第六节传热模型
概要
能量方程 壁面边界条件 共轭传热 薄壁和双面壁 自然对流 辐射模型 报告-输出
能量方程
能量输源自文库方程:
Unsteady
Conduction
– 单位质量的能量 E :
Conduction
Species Diffusion
Viscous Enthalpy Dissipation Source/Sink