5-ANSYS流热耦合应用案例.ppt

带有共轭换热的流动带有共轭换热的流动带有共轭换热的流动带有共轭换热的流动（（（（Flow with CHTFlow with CHTFlow with CHTFlow with CHT））））•本实例演示当流体域和固体域同时存在时如何进行问题设置•它将展示如何模拟固体和绕它流动的流体之间的共轭换热•本实例也将阐明如何定义固体子域和如何包含能量源介绍（介绍（IntroductionIntroduction））•管道横截面： 0.3 [m] x 0.4 [m]•管道长：1.2 [m]•由于垂直对称，所以只考虑几何体的一半•管道内有两块固体（钢）块，分别固定在上壁面和下壁面•工作流体：Air Ideal Gas（理想空气）•流动条件： - 入口：法向速度 = 0.8 [m/s] 温度 = 300 [K] - 出口：静压 = 0 [Pa] - 下壁面温度 = 500 [K] - 上壁面和侧壁面：绝热•第二块固体发热 (热源= 5E4 [W/m3])基本数据（基本数据（基本数据（基本数据（Basic DataBasic DataBasic DataBasic Data））））•创建一个新的模拟，命名为 chtflow.cfx•导入CFX网格（.gtm）文件： chtduct.gtm 导入网格（导入网格（导入网格（导入网格（Import GridImport GridImport GridImport Grid））））•在CFX-Pre工作区单击Physics标签•在主工具条中单击Domain•命名为 fluidzone，然后单击OK•在General Options的Basic Options面板： - 设置Location 为 Assembly2 - 设置Domain Type 为 Fluid Domain - 设置Fluids List 为 Air Ideal Gas - 设置Coordinate Frame为存在的一个•在Domain Models中： - 设置Reference Pressure 为 1 [atm] - 设置Buoyancy Option 为 Non Buoyant - 设置Domain Motion 为 Stationary•在 Fluid Models面板： - 在Heat Transfer Model下，设置 Option=Thermal Energy - 设置Turbulence Model 为带自动壁面函数的k-Epsilon - 对于Reaction or Combustion Model以及Thermal Radiation Model， 保持Option=None 定义流体域（定义流体域（定义流体域（定义流体域（Define Fluid DomainDefine Fluid DomainDefine Fluid DomainDefine Fluid Domain））））定义流体域（定义流体域（定义流体域（定义流体域（Define Fluid DomainDefine Fluid DomainDefine Fluid DomainDefine Fluid Domain））））•在CFX-Pre工作区单击Physics标签•在主工具条中单击Domain•命名为solidfin1 ，然后单击OK•在 General Options面板： - 设置Location为Assembly - 设置Domain Type为Solid Domain - 设置Solids List为Steel•在Domain Models中： - 设置Domain Motion为Stationary•在Solid Models面板： - 在Heat Transfer Model中，设置Option=Thermal Energy - 对于Thermal Radiation Model，保持Option=None•重复同样步骤设置第二个Solid Domain，名字=solidfin2，位置=Assembly3•其它设置同solidfin1.定义固体域（定义固体域（定义固体域（定义固体域（Define Solid DomainsDefine Solid DomainsDefine Solid DomainsDefine Solid Domains））））定义固体域（定义固体域（定义固体域（定义固体域（Define Solid DomainDefine Solid DomainDefine Solid DomainDefine Solid Domain））））定义子域（定义子域（Define Sub-DomainDefine Sub-Domain））•固体域solidfin2包含被命名为heaterfin的子域，此子域占据整个固体域的体积•在主工具条中单击Sub-domain图标•在域solidfin2中创建名叫heaterfin的子域•设置Location为Assembly3•单击Sources标签，打开Sources和 Energy•设置Source为5E4 [W/m3]•定义入口边界条件，名字=inlet，位置=inlet，流体法向速度=0.8 [m/s]，静温=300 [K]，默认湍流值•定义出口边界条件，名字=outlet，位置=outlet，平均静压=0 [Pa]•定义对称边界条件，名字=symm，位置=symmet•定义壁面边界条件： - 名字=wallbot，位置=wallbot，换热选项=固定温度=500 [K] - 名字=walltop，位置=walltop，换热选项=adiabatic（绝热）•默认边界fluidzone将被自动作为无滑移、光滑、绝热壁面处理 •修改边界条件solidfin1，设置选项=固定温度=500 [K]边界条件（边界条件（边界条件（边界条件（Boundary ConditionsBoundary ConditionsBoundary ConditionsBoundary Conditions））））•在流体域中有两个固体域： solidfin1和solidfin2 ，因此有两个流-固交界面•改成需要的交界面类型•对于第一个交界面(fin1交界面)： 对于Interface Side1 Region List, 选择Fin1Side1 对于Interface Side2 Region List, 选择Fin1Side2•改成连接方式为GGI–即使节点是一对一，这也将迫使为GGI连接。

由于数值原因，对于流-固界面通常推荐这种方式•用同样的方法创建第二个交界面(fin2交界面)，但要用区域Fin2Side1和Fin2Side2使用Domain (过滤器)以便Region List仅仅显示特定域（domain）的区域（region）交界面（交界面（交界面（交界面（InterfacesInterfacesInterfacesInterfaces））））交界面（交界面（交界面（交界面（InterfacesInterfacesInterfacesInterfaces））））•对于每个域分别进行初始化•对于流体域：•用Option=Automatic with Value初始化笛卡儿速度分量设置 U=0, V=0, W=1 [m/s]•用Option=Automatic with Value初始化流体温度设置 Temperature=300 [K]•对于Static Pressure设置为Automatic，Turbulence设置为K-Epsilon (在面板底部选中Turbulence Eddy Dissipation复选框） •对于固体域：•用Option=Automatic with Value初始化固体温度.。

设置Temperature=300 [K]初始化（初始化（初始化（初始化（InitialisationInitialisationInitialisationInitialisation））））初始化（初始化（初始化（初始化（InitialisationInitialisationInitialisationInitialisation））））•对于对流项，选择：High Resolution•收敛控制： - Timescale Control=Physical Timescale （时间步=物理时间步） - Physical Timescale=1 [s] （物理时间步=1[s]） - Maximum number of iterations=50 （最大迭代步数=50） - Solid Timescale=Physical Timescale （固体时间步=物理时间步） - Solid Timescale=2000 [s] （固体时间步=2000[s]）•收敛准则： - Residual Type(残差类型)=RMS - Residual Target（残差目标）=1.E-04 求解器控制（求解器控制（求解器控制（求解器控制（Solver ControlSolver ControlSolver ControlSolver Control））））•单击Write Solver (.def) file图标•保持Operation设置为Start Solver Manager•打开Report Summary of Interface Connections•单击OK•在信息窗口单击OK•选择File>Quit•单击Yes保存CFX文件写出求解器文件（写出求解器文件（写出求解器文件（写出求解器文件（Write Solver FileWrite Solver FileWrite Solver FileWrite Solver File））））求解器管理器图形界面求解器管理器图形界面求解器管理器图形界面求解器管理器图形界面（（（（Solver Manager GUISolver Manager GUISolver Manager GUISolver Manager GUI））））•为了观察计算结果，创建两个切断两个固体的切面：•在Y=0.15 [m]创建水平XZ平面•在X=0.09 [m]创建垂直YZ平面•为了分析固体前面的流动情况在这两个平面上创建矢量图•为了得到流体和固体区域的温度分布，创建温度等直线图。

选择温度范围为User Specified: Min=300 [K], Max=350 [K]，注意在固体后面的涡流区有较高的流体温度•计算出口处的平均温度，并和入口处的平均温度比较 后处理结果后处理结果后处理结果后处理结果（（（（Post-Processing the ResultsPost-Processing the ResultsPost-Processing the ResultsPost-Processing the Results））））。