一维稳态导热的Fluent数值仿真分析

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com。

11. Modeling Heat Transfer 传热模拟•11。

1 Overview of Heat Transfer Models in FLUENT FLUENT中的传热模型概述•11。

2 Convective and Conductive Heat Transfer 导热与对流换热o11.2。

1 Theory 理论o11。

2。

2 User Inputs for Heat Transfer 有关传热的用户输入项o11.2。

3 Solution Process for Heat Transfer 传热计算的求解过程o11.2.4 Reporting and Displaying Heat Transfer Quantities 传热变量的输出与显示o11.2.5 Exporting Heat Flux Data 热流数据的输出•11。

3 Radiative Heat Transfer 辐射传热o11.3。

1 Introduction to Radiative Heat Transfer 辐射传热简介o11。

2016年第1期信息与电脑China Computer&Communication计算机工程应用技术目前，对于航空发动机内部燃烧室内部部件的设计，相比之前，需要更高的温升和更强的耐热性，这也不可避免地带来一些问题：比如油气之间的匹配问题、燃烧室火焰筒及涡轮叶片的冷却等。

目前，在推重比8一级的温升水平基础上，发动机10一级的发动机燃烧室温升水平较此提高了约200℃，采用的技术是对流气膜冷却或浮动壁的冷却技术。

我们若希望提高发动机燃烧室的温升水平，就要想办法解决恶劣的火焰筒工作条件带来的安全和可靠性问题。

目前，解决的方法通常是以下两种：一种采用先进的气膜冷却技术，还有一种就是火焰筒材料的许用温度如何提高。

在现代航空发动机中，热容量和温度上升都很高，传统的气膜冷却技术已无法满足现代航空燃烧室的日益发展了。

因此，我们需要积极寻求新的、高效的冷却方法。

本文使用了Fluent软件对冲击-发散复合冷却方式进行了数值模拟，通过改变吹风比M，相邻孔间距与发散孔径比(Pi/dm或Pm/dm)，得出了这三个数值的大小对冷却效率的影响，并利用这个基本特征对流场与温度场进行模拟分析，总结出一定的规律。

１　计算方法1.1 物理模型我们采用Fluent软件中的分离隐式求解器对各个物理量进行了三维稳态计算，控制方程的通用形式如公式（1）所示：（1）式中，ρ表示流体的密度，ϕΓ和ϕS表示变量ϕ所对应的有效扩散系数和源项。

dm设定为1.0mm，其含义是发散孔直径，tm设定为=1.8mm，其含义是发散孔板厚度，Sm表示沿主流流向的相邻发散孔间距，Pm为展向的相邻发散孔间距；di设定为1.5mm，表示冲击孔直径，ti设定为1.8mm，表示冲击孔板厚度，Si表示沿主流流向的相邻冲击孔间距，Pi表示沿展向的相邻冲击孔间距。

其中，H/di的值为2.0，表示冲击间距与孔径比，Pi=Pm=2Si=2Sm，两壁之间的缝高H=3.0mm。

冲击孔与发散孔的排列布置方式为叉排正菱形，展向上的流动具有一定的相似性，因此我们选取沿流向上第19排孔作为研究区域，简化对称性边界条件后，选取宽度为Pi的两排孔作为研究区域。

第37卷,总第214期2019年3月,第2期《节能技术》ENERGY CONSERVATION TECHNOLOGYVol.37,Sum.No.214Mar.2019,No.2　基于Fluent的相变储能换热器回路仿真分析贾卓杭,郭　亮,张旭升(中国科学院长春光学精密机械与物理研究所,吉林　长春　130033)摘　要:研究了一种相变储能换热器。

基于流体仿真软件,对其换热过程中的整个回路进行了建模分析。

主要研究了相变材料液相分数及关键位置温度随时间变化的特性,并对比了不同相变材料导热系数及流体回路质量流速对控温特性的影响。

研究发现,熔化工况时,导热系数的提高可以加速相变材料熔化速率,同时有效改善相变换热器的运行温度水平及稳定性;而流速的提高可以降低运行温度但同时会降低稳定性。

凝固工况时,导热系数和流速的提高均有利于加速相变材料凝固。

采用该种回路仿真分析方法可为储能换热器的设计和优化提供指导。

关键词:相变材料;储能;换热器;导热系数;质量流速;回路仿真中图分类号:TP391.9 文献标识码:A 文章编号:1002-6339(2019)02-0126-04 Simulation Analysis of Phase Change Thermal Storage ExchangerLoop based on FluentJIA Zhuo-hang,GUO Liang,ZHANG Xu-sheng(Changchun Institute of optics,Fine Mechanics and Physics,Chinese Academy of Sciences,Changchun130033,China)Abstract:In this paper,a phase change energy storage heat exchanger was researched.The whole loop in the heat transfer process was analyzed based on fluid simulation software.Primary studies on the state of phase change materials melting/solidification and the temperature variation characteristics of critical posi⁃tion over time were taken,as well as the influence on temperature control properties of different phase change materials thermal conductivity and fluid loop mass velocity was compared.It is found that the in⁃crease of thermal conductivity can accelerate the melting rate of phase change material,lower the operat⁃ing temperature and improve temperature stability of the phase change heat exchanger.The increase in velocity can reduce the operating temperature but also the stability.The increase of thermal conductivity and flow velocity both can accelerate the solidification of phase change materials.The method of whole loop simulation can be taken as a guidance for the design and optimization of energy storage heat exchanger.Key words:phase change material;energy storage;heat exchanger;thermal conductivity;mass veloci⁃ty;loop simulation收稿日期　2018-11-06 修订稿日期　2018-12-11基金项目:国家自然科学基金资助项目(61605203);中国科学院青年促进会资助项目(Y56039Y150)作者简介:贾卓杭(1992~),男,硕士,研究实习员,主要研究方向为航天器热控及相变传热技术。

FLUENT传热模拟参考资料整理1、在GAMBIT中显示的“check”主要通过哪几种来判断其网格的质量？及其在做网格时大致注意到哪些细节？判断网格质量的方面有：Area单元面积，适用于2D单元，较为基本的单元质量特征。

Aspect Ratio长宽比，不同的网格单元有不同的计算方法，等于1是最好的单元，如正三角形，正四边形，正四面体，正六面体等；一般情况下不要超过5：1.Diagonal Ratio对角线之比，仅适用于四边形和六面体单元，默认是大于或等于1的，该值越高，说明单元越不规则，最好等于1，也就是正四边形或正六面体。

Edge Ratio长边与最短边长度之比，大于或等于1，最好等于1，解释同上。

EquiAngle Skew通过单元夹角计算的歪斜度，在0到1之间，0为质量最好，1为质量最差。

最好是要控制在0到0.4之间。

EquiSize Skew通过单元大小计算的歪斜度，在0到1之间，0为质量最好，1为质量最差。

2D 质量好的单元该值最好在0.1以内，3D单元在0.4以内。

MidAngle Skew通过单元边中点连线夹角计算的歪斜度，仅适用于四边形和六面体单元，在0到1之间，0为质量最好，1为质量最差。

Size Change相邻单元大小之比，仅适用于3D单元，最好控制在2以内。

Stretch伸展度。

通过单元的对角线长度与边长计算出来的，仅适用于四边形和六面体单元，在0到1之间，0为质量最好，1为质量最差。

Taper锥度。

仅适用于四边形和六面体单元，在0到1之间，0为质量最好，1为质量最差。

Volume单元体积，仅适用于3D单元，划分网格时应避免出现负体积。

Warpage翘曲。

仅适用于四边形和六面体单元，在0到1之间，0为质量最好，1为质量最差。

以上只是针对Gambit帮助文件的简单归纳，不同的软件有不同的评价单元质量的指标，使用时最好仔细阅读帮助文件。

另外，在Fluent中的窗口键入：grid quality 然后回车，Fluent能检查网格的质量，主要有以下三个指标：1.Maxium cell squish: 如果该值等于1，表示得到了很坏的单元；2.Maxium cell skewness: 该值在0到1之间，0表示最好，1表示最坏；3.Maxium 'aspect-ratio': 1表示最好。

基于FLUENT的房间内组分的流动特性仿真分析1、设计参数FLUENT已经广泛用于复杂的化工反应工程、流线设计及环境监测等诸多领域，可以用于解决流体的流动特性、相间转换过程、热质耦合传递等复杂问题，可以直接形象地分析在空间和时间域上连续性的物理场，为优化操作条件提供了丰富的理论指导和可靠的依据为了更好地了解内部的传热传质过程，充分研究床层内部的流动特性具有重要意义。

计算流体动力学(CFD)在流体流动和传热传质过程中，数值数学和计算机科学结合的产物，是一门具有强大生命力的交叉科学。

ANSYS FLUENT是一种将流体力学，有限元结合的数值求解平台，同时具有图像显示功能。

该平台主要应用各种离散化的数学方法，对流体力学的各类问题进行数值计算和分析研究，以解决各种实际问题。

计算流体力学ANSYS FLUENT与实验法相比有以下几个优点：相对试验过程，可以提供比更加细致、全面的数据；研发费用低，明显缩短产品的研发周期，提高科研工作者工作效率的特点；数值平台仿真分析，可以为试验提供一定的理论参考和指导作用。

本文模拟了房间里的气流和传热，这个房间排风系排烟过程。

几何尺寸，其中长宽高分别为7.8m,4.2m，3.1m，房间壁面厚度为0.2m，壁面材料混凝土（密度2719kg/m3，定压比容1500J/kg.K，热导率200.4W/m.K），具体的布局图。

研究对象:某南方城市的房间模型如下图所示，房间高3.3m，在每个房间上方布置了组分进风口和回风口。

速度为0.6m/s，温度为40.5℃，如图0所示。

2、建立计算模型与划分网格本文主要是分析利用FLUENT进行房间内流动的仿真计算，因此主要分析fluent的过程。

针对网格划分过程简略。

图1 房间内流域模型2.2划分网格图2 数值计算流域的几何模型(1)几何模型的建立通过三维软件建好后，然后保存为step格式，然后导入到ICEM中，如图2所示。

（2）划分流域的面网格单击选中操作工具栏中的网格绘制图标，并在绘制网格mesh界面下单击选中体网格。

FLUENT实例5个-fluent仿真模拟实例前⾔为了使学⽣尽快熟悉计算流体软件FLUENT以及更好的掌握计算流体⼒学的计算模型，本书编制了⼏个简单的模型，包括了组分燃烧、管内流动、换热和房间温度场四个⽅⾯的内容。

其中概括了⼆维和三维的模型，描述详细，可根据步骤建模、划分⽹格和计算以及后处理。

本书不可能⾯⾯具到并进⾏详细讲解，但相信读者通过本书的学习，⼀定能领会其中的技巧。

⽬录前⾔﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍1 燃烧器内甲烷和空⽓的燃烧﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍3 管内层流流动数值计算﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍ 38 蒸汽喷射器内的传热模拟﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍52 组分传输与⽓体燃烧算例﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍ 75 空调房间温度场的模拟﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍102燃烧器内甲烷和空⽓的燃烧问题描述这个问题在图1中以图解的形式表⽰出来。

此⼏何体包括⼀个简化的向燃烧腔加料的燃料喷嘴，由于⼏何结构对称可以仅做出燃烧室⼏何体的1/4模型。

喷嘴包括两个同⼼管，其直径分别是4个单位和10个单位，燃烧室的边缘与喷嘴下的壁⾯融合在⼀起。

⼀、利⽤GAMBIT建⽴计算模型启动GAMBIT。

第⼀步：选择⼀个解算器选择⽤于进⾏CFD计算的求解器。

操作：Solver -> FLUENT5/6第⼆步：⽣成两个圆柱体1、⽣成⼀个柱体以形成燃烧室操作：GEOMETRY-> VOLUME-> CREATE VOLUME R打开Create Real Cylinder窗⼝，如图2所⽰图1：问题图⽰a)在柱体的Height 中键⼊值1.2。

b)在柱体的Radius 1 中键⼊值0.4。

Radius 2的⽂本键⼊框可留为空⽩，GAMBIT 将默认设定为Radius 1值相等。

c) 选择Positive Z （默认）作为Axis Location 。

d) 点击Apply 按钮。

ANSYS Fluent 在热分析中的使用介绍ANSYS Fluent 在热分析中的用法介绍湃睿科技1. 基本概念：热能的传递有三种基本的方式：热传导，热对流，热辐射1.1 热传导物体各部分之间不发生相对位移时，依赖分子、原子及自由等微观粒子的热运动而产生的热能传递称为热传导。

导热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为导热系数，单位为W/(m·K），Α为面积，Τ为温度。

普通而言，气体的导热系数值约在0.006~0.6 之间，其值随着温度的上升而增大。

液体的导热系数约在0.07~0.7 之间，除了水和某些水溶液及甘油外，绝大多数液体的导热系数会随着温度的上升而减小。

1.2 热对流因为流体的宏观运动而引起民的流体各部分之间发生相对位移，冷热流体互相掺混所导致的热量传递过程称为热对流。

需要解释的是热对流只能发生在流体当中，而且因为流体中的分子同时在举行着不规章的热运动，因而热对流必定陪同着热传导。

工程中感爱好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递过程，我们称之为对流传热，以区分于普通意义上的热对流。

事实上，我们平常所说的热对流也指这种状况。

按照引起流淌的缘由来划分，对流传热可以区别为自然对流和强制对流两大类。

对流传热的基本计算公式为牛顿冷却公式：其中，为表面传热系数，也被称为对流换热系数，单位为 W/(㎡·K）。

1.3 热辐射物体因为热的缘由而发出辐射能的现象我们称之为热辐射。

理论上讲，只要物体的温度高于肯定零度（0 K），物体就会不断的把热能变为辐射能，向外发出热辐射。

热辐射的基本计算公式为斯忒藩-玻耳兹曼定律，又称为四次方定律：其中，为物体的放射率，也称为黑度，其值总小于1，为斯忒藩-玻耳兹曼常量，它是个自然常数，其值为5.67e-08W/(㎡·K4）， T为热力学温度，单位 K。

以上为三种基本传热方式的介绍，在实际问题中，这些方式往往不是单独浮现的，很可能是多种传热方式的组合形式。