cfx

2-26 CFX 10.0
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如何设定共轭传热模拟？
在CFX-Pre中，固体部份必须被定义成固体域。 共轭传热模拟需要额外考虑如下的因素:
网格要求 多个域 边界条件 域交界面 初始值 求解器控制


2-27 CFX 10.0
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网格要求
2-11 CFX 10.0
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固体子域

固体子域允许添加下列源项 (取决于在创建域的时候设 定的物理模型):
- 能量 - 辐射
2-12 CFX 10.0
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点源
CFX-Pre
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CFX 10.0
2-29 CFX 10.0
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固体时间长度

固体时间长度应该远远大于流体时间长度 (通常选择流体 时间范围的10到100倍）
- 在固体域中，能量方程通常非常稳定 - 固体时间长度比流体要大得多


流体时间长度一般用 L/V 来估计 固体时间长度由下列式子自动计算 L2/α where: α=λ/ρcp
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多孔介质域交界面(续)

数值离散化假定总压在交界面上不 变化
- 静压在交界面上不连续

假定总焓在交界面上不变化 (总能).
2-22 CFX 10.0
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固体域交界面

固体-固体 固体-多孔介质 固体-流体
- 限制: 一个多相流体域和一个共轭传热的固体域之间的连接方 式不能是GGI.

需要创建至少一个三维区域代表流体域，另一个三维 区域代表固体域
- 请注意CFX要求在创立固体子域以前先创立固体域
流体域
固体域
完整计算域
2-28 CFX 10.0
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共轭传热前处理


创建一个固体域 在流体模型中，确认热传递选项已经被选中（即传热模型 选用Thermal Energy或Total Energy） 在固体模型的热传递选项中选择Thermal Energy 边界条件:

湍流壁面函数
- 根据所选的湍流模型自动设定

化学反应和燃烧模型
- 只有当可变组分混合物作为流体的时候 才可选

热辐射模型
- 如果选择了有温差的传热模型，那么有 几种辐射模型备选

附加变量设定
- 当附加变量被定义后，此处可以设定该 变量的各种参数值
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CFX 10.0
2-10 CFX 10.0
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流体子域

流体子域允许添加下列源项 (取决于在创建域的时候设 定的物理模型):
- 能量 - 质量 (连续性) - 动量 - 通过设定合适的系数，可以模拟线性或二次函数式的阻力 - 辐射 - 只适用于单相，可以选择 Discrete Transfer 或 Monte Carlo 模型 - 附加变量 - 流体组分 - 湍流
速度矢量 静压 温度 湍流变量 其他
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子域
CFX-Pre
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CFX 10.0
子域

在指定3D区域施加源项 创建子域前必须有一个域已经存在 一个域中可以包含多个子域 流体子域必须处于流体域中 固体子域必须处于固体域中 源（和汇）可以是常数或CEL表达式 设定子域一开始需要给子域命名，并选择它所在的域
- 对流体边界没有什么需要特殊考虑的地方 - 对固体的外部面必须施加固体边界条件（即那些不和流体域相连的 面）

求解器控制:
- 固体时间长度控制必须用以下两种方式当中的一种定义:
- Auto Timescale with optional Solid Timescale Factor - Physical Timescale with required Solid Timescale
2-25
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CFX 10.0
为什么要模拟共轭传热?

CFX中的模拟默认是流体问题百度文库模拟
- 质量，动量和能量守恒在CFD计算模块中计算


当固体材料的温度分布是我们感兴趣的内容时，我们 可以应用共轭传热模拟 典型案例:
- 管内流动中流体的热传递记忆管壁的温度分布 - 被厚墙隔开的两股流体之间的热传递情况
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CFX 10.0
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域交界面: GGI

交界面可能需要被分割成若干段 下面图示的例子需要四个交界面，而不是一个 设定交界面的标准是交界面的两侧有相同的Z和r值
1
2
r
0 3 4

z
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流体-流体 域交界面
2-3 CFX 10.0
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域的创建

通用选项界面: 基本设定
- 域的位置: 只允许网格集合或其他3D部 件 - 域的类型: 流体，固体，多孔介质 - 流体列表: 选择参与计算的流体种类 - 固体列表: 选择参与计算的固体种类 - 坐标系: 如果有多于一个的选项的话， 选择一个合适的 - 粒子追踪 (拉格朗日): 选择被追踪的粒 子类型
固体模型

热传导模型
- 热能模型

热辐射模型
- 不选，或蒙特卡罗模型
2-6 CFX 10.0
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多孔介质域

用于模拟单独网格无法描述的负责几何形状中的流体 面积孔隙率
- 流体可以通过的几何面积与整个面积之比

体积孔隙率
- 域中流体的体积与整个体积之比

孔隙损失模型
域交界面：连接方式

自动
- 首先试1:1的连接方式，不行的话再用GGI

1:1
- 域交界面两边的网格是一一对应的

GGI
- 即使在域交界面两边的网格并不对应，GGI 连接也是以一种守恒 和隐式的方法实现的 - 两边的网格类型不一定需要相同 - 域交界面的两边应该有相同的面积，并且处于同一个平面上。但是 … - 如果两边面积不一样，那么连接会自动作用在两侧重叠的部位 - 如果两侧之间有“小间隙”或是“小交叉”，用GGI实现连接也是 可能的
域，子域，源/汇，域交界面，共轭传热
讲座 2
2-1
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CFX 10.0
域
CFX-Pre
2-2
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CFX 10.0
域

对于每一个计算，CFX要求至少有一个域被定义.
- 可以是流体，固体或多孔介质域



只有三维的网格集合或包含在其中的三维部件才会被 CFX的模拟读取 在“创建域”的对话框里所做的选择会影响到后续的 菜单 在共轭传热模拟当中，可以实现流体域，固体域和多 孔介质域的任意形式的组合
2-23 CFX 10.0
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周期性界面

周期性界面可以是旋转的或平移的 可以指定连接类型:
- 自动 - 1:1 - GGI

可以指定周期性的流固交界面
- 对流固交界面来说，有一些连接上的限制
2-24 CFX 10.0
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共轭传热模拟
- 各向同性损失模型 - 各向异性损失模型 - 对以上两种模型，损失都是通过线性或二次函数方式的系数 来定义，也可以指定渗透率和损失系数
2-7 CFX 10.0
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初始化

初始化可以对整个系统做，也可以对各个域单独做 总体来说，初始化时需要设定:
- Option=Automatic, 表示求解器自动设定初值 - Option=Automatic with Value, 用户输入具体的初值。牵涉到的 变量包括

流体-流体域交界面连接两个流体域
- 可以连接两侧不同的参考坐标系

坐标系变化选项:
- 没有变化: 只连接交界面两侧没有坐标系变化的情况 - Frozen Rotor: 各部件之间有固定的相对位置，但坐标系发生相应的 变化。适用于稳态分析 - Stage: 多个叶片的圆周平均。考虑到了时间平均下的相互影响，但 不是瞬态问题。适用于稳态分析 - Transient Rotor-Stator: 考虑界面两侧的相对运动，模拟真实的瞬 态影响。适用于瞬态分析 - Same Frame Frozen Rotor/Stage: 参考坐标系没有变化，但通过 “Frozen Rotor style” 或 “Stage style”考虑相应的流道变化
2-16 CFX 10.0
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域交界面
此处的域的可选性受前面选定的 界面类型控制
此处的域的可选性受前面选定的界面类型 和Side 1选定的域控制
‘1:1’ 连接方式不适合多孔介质域或在交界面一侧有多个 域的流体-流体域交情况.
2-17 CFX 10.0
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域交界面
CFX-Pre
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CFX 10.0
域交界面



连接不同的域或网格集合 允许不匹配的网格粘接 (比如:六面体 和四面体) 允许不同域之间的参考坐标系不一样 在不同区域之间可以创建周期性界面 每个域交界面上的边界条件是自动创 建的 如图所示，共有八种域交界面可供选 择
2-20 CFX 10.0
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多孔介质域交界面

多孔介质域交界面类型:
- 流体-多孔介质
> 连接流体域和多孔介质域
- 固体-多孔介质
> 连接固体域和多孔介质域
- 多孔介质-多孔介质
> 连接两个多孔介质域

连接多孔介质域的交界面总是用GGI方式来连接
2-21 CFX 10.0
点源

用于对单个网格单元施加源项 点源的位置由输入的三维坐标决定
- 源项将被添加到离制定坐标位置最近的那个网格上

在流体域中，用户可以创建下列点源：
- 能量 - 质量（连续性） - 附加变量 - 流体组分 - 湍流

在固体域中，用户只能在点源上施加:
- 能量
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2-30 CFX 10.0
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通用选项界面: 域模型
- 压强: 参考压强 - 浮力: 指定重力矢量方向 - 域的运动: 静止或旋转 (如旋转需指定角 速度和旋转轴，以及有无其他的旋转模 型)
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流体模型

传热模型
- 无, 等温, 热能, 总能

湍流模型
- 不同复杂度的许多模型，包括常用的 k-Epsilon 模型