fluent传热模型
fluent热流耦合传热问题逻辑
fluent热流耦合传热问题逻辑Fluent热流耦合传热问题逻辑一、引言Fluent是ANSYS公司开发的一款流体力学模拟软件，它可以模拟各种流体现象，如气体、液体、多相流等。
在工程应用中，很多问题不仅涉及到流体的运动，还涉及到热传递。
因此，在Fluent中进行热流耦合传热问题的模拟非常重要。
二、Fluent中的传热模型Fluent中有多种传热模型可供选择，包括导热方程、对流换热方程、辐射传热方程等。
其中，对于大多数工程应用来说，最常用的是对流换热方程和辐射传热方程。
1. 对流换热方程对于液态和气态物质的传热过程，通常采用对流换热方程进行建模。
在这种情况下，通过求解连续性方程和动量方程得到速度场分布，并将其代入能量方程中求解温度场分布。
2. 辐射传热方程当物体表面温度高于周围环境时，其会向周围环境辐射能量。
这种能量的传递过程可以通过辐射传热方程进行建模。
在这种情况下，需要考虑物体表面的辐射能量和周围环境的吸收和散射能力。
三、Fluent中的热流耦合模型在很多工程应用中，流体运动和热传递是相互耦合的。
在Fluent中，可以采用不同的方法来处理这种耦合关系。
1. 基于壁面温度的热流耦合模型在这种模型中，假设壁面温度已知，并将其作为边界条件输入到Fluent中。
然后，在求解连续性方程、动量方程和能量方程时，使用壁面温度来计算传热通量。
2. 基于壁面热通量的热流耦合模型在这种模型中，假设壁面热通量已知，并将其作为边界条件输入到Fluent中。
然后，在求解连续性方程、动量方程和能量方程时，使用壁面热通量来计算温度场分布。
3. 基于相互耦合求解器的热流耦合模型在这种模型中，采用相互耦合求解器对流体运动和热传递进行同时求解。
这种方法可以更准确地模拟流体运动和热传递之间的相互作用。
四、Fluent中的热辐射模型在一些情况下，物体表面的温度非常高，其向周围环境辐射出的能量占据了主导地位。
在这种情况下，需要使用Fluent中的热辐射模型来进行建模。
FLUENT-第六节传热模型
k1
k2
Thermal boundary conditions are supplied on the inner surfaces of
uncoupled wall/shadow pairs
Fluid or solid cells
离散坐标模型
在有限的离散立体角度σs上求解辐射输运方程 :
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.
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
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.
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):
Fluent辐射传热模型理论以和相关设置
Fluent辐射传热模型理论以及相关设置目录1 概述 (2)2 基础理论 (2)2.1 专业术语解释： (2)2.2 FLUENT辐射模型介绍： (3)2.3 辐射模型适用范围总结 (4)3 Fluent实际案例操作 (5)3.1 Case1-测试external emissivity 使用DO模型计算-2D模型 (5)3.2 Case2-测试internal emissivity-使用DO模型计算-2D模型 (6)3.3 仿真结论 (10)1概述在传热的仿真中，有时候会不可避免的涉及到辐射传热，而我们对Fluent中辐射模型的了解甚少，很难得到可靠的计算结果。
因此，一直以来，Fluent中的带辐射的传热仿真是我们的一个难点，本专题重点来学习辐射模型的理论，让我们对辐射计算模型有一个深入的了解，以帮助我们攻克这个仿真难点。
2基础理论2.1专业术语解释：在Fluent中开启辐射模型时，流体介质以及固体壁面会出现一些专业的参数需要用户来设置。
在Fluent help中介绍辐射模型时会经常提到一些专业术语。
对这些专业参数以及术语，我们来一一解释：1、Optical thickness（光学深度，无量纲量）：介质层不透明性的量度。
即介质吸收辐射的能力的量度，等于入射辐射强度与出射辐射强度之比。
设入射到吸收物质层的入射辐射强度为 I ，透射的辐射强度为 e，则 T = I/e，其中T为光学深度。
按照此定义，那介质完全透明，对辐射不吸收、也不散射，透射的辐射强度e=入射辐射强度I，即光学深度为T=1，介质不参与辐射。
—摘自百度百科而FLUENT中T=αL，其中L为介质的特征长度，α为辐射削弱系数（可理解为介质因吸收和散射引起的光强削弱系数）。
如果T=0，说明介质不参与辐射，和百度百科中的定义有出入。
但是所表达的意思是接近的，一个是前后辐射量的比值；一个是变化量和入射辐射量的比值（根据Fluent help里的解释，经过介质的辐射损失量 =I*T，个人理解，按照此定义，T不可能大于1啊，矛盾。
fluent流固耦合传热算例
fluent流固耦合传热算例摘要：I.引言- 介绍fluent 软件和流固耦合传热算例II.流固耦合传热的基本概念- 解释流固耦合传热- 说明流固耦合传热在工程领域的重要性III.fluent 软件介绍- 介绍fluent 软件的背景和功能- 说明fluent 软件在流固耦合传热计算方面的应用IV.流固耦合传热算例- 介绍一个具体的流固耦合传热算例- 详细描述算例的步骤和结果V.结论- 总结流固耦合传热算例的重要性- 提出进一步研究的建议正文：I.引言fluent 软件是一款专业的流体动力学模拟软件，广泛应用于航空航天、汽车制造、能源等行业。
在fluent 中，流固耦合传热是一个重要的计算功能。
本文将介绍fluent 软件和流固耦合传热算例，并通过一个具体的算例详细说明流固耦合传热在工程领域中的应用。
II.流固耦合传热的基本概念流固耦合传热是指在流体流动过程中，由于流体和固体壁面之间的温度差而产生的热传递现象。
在实际工程中，流体和固体之间的热传递过程往往是非常复杂的，需要通过数值模拟来进行分析。
fluent 软件提供了一种流固耦合传热计算的功能，可以帮助工程师更好地理解和优化工程过程中的热传递现象。
III.fluent 软件介绍fluent 软件由美国ANSYS 公司开发，是一款功能强大的流体动力学模拟软件。
fluent 软件可以模拟多种流体流动和传热现象，包括稳态和瞬态模拟、层流和紊流模拟、等温、绝热和热传导模拟等。
在fluent 中，用户可以自定义模型和求解器，以满足不同工程需求。
在流固耦合传热方面，fluent 软件提供了一种耦合求解器，可以将流体流动和固体传热两个问题同时求解。
这种耦合求解器可以大大提高计算效率，并更好地模拟实际工程中的热传递过程。
IV.流固耦合传热算例下面我们通过一个具体的算例来说明fluent 软件在流固耦合传热计算方面的应用。
算例描述：一个矩形通道中，流体流动与固体壁面的热传递过程。
fluent传热系数
fluent传热系数
FLUENT是一种流体力学仿真软件，用于模拟和分析流体和传热问题。
传热系数是其中一个重要的参数，用于描述热量传递的速率。
在FLUENT中，可以通过以下方式获取传热系数：
1.壁面热通量（Wall Heat Flux）：可以通过FLUENT中的壁面
条件设置检查壁面的热通量。
传热系数可以从壁面热通量
中计算得到。
2.热通量梯度（Heat Flux Gradient）：传热系数可以通过壁面
的热通量梯度在表面上的变化率来计算。
FLUENT提供了
在监控面板或者通过后处理工具进行结果分析时，查看壁
面上的热通量梯度。
3.对流传热模型（Convective Heat Transfer Model）：FLUENT
提供了多种对流传热模型，如湍流模型和辐射传热模型等。
这些模型通常包含了与传热系数相关的物理参数，并提供
相关的计算值。
在FLUENT中，用户可以根据具体的模拟和分析需求选择适当的方式来获得传热系数。
这些方法可以用于计算不同壁面的传热系数，或者在不同条件下计算传热系数的变化。
需要注意的是，在设置和解决传热问题时，应该根据具体情况选择合适的模型和边界条件。
此外，在获取传热系数时，还需要对结果进行验证和合理性检查，以确保计算得到的传热系数是可靠和准确的。
Fluent辐射传热模型理论以及相关设置
Fluent辐射传热模型理论以及相关设置目录1概述 (2)2基础理论 (2)2.1专业术语解释： (2)2.2FLUENT辐射模型介绍： (3)2.3辐射模型适用范围总结 (4)3Fluent实际案例操作 (5)3.1Case1-测试external emissivity 使用DO模型计算-2D模型 (5)3.2Case2-测试internal emissivity-使用DO模型计算-2D模型 (6)3.3仿真结论 (10)1概述在传热的仿真中，有时候会不可避免的涉及到辐射传热，而我们对Fluent中辐射模型的了解甚少，很难得到可靠的计算结果。
因此，一直以来，Fluent中的带辐射的传热仿真是我们的一个难点，本专题重点来学习辐射模型的理论，让我们对辐射计算模型有一个深入的了解，以帮助我们攻克这个仿真难点。
2基础理论2.1专业术语解释：在Fluent中开启辐射模型时，流体介质以及固体壁面会出现一些专业的参数需要用户来设置。
在Fluent help中介绍辐射模型时会经常提到一些专业术语。
对这些专业参数以及术语，我们来一一解释：1、Optical thickness（光学深度，无量纲量）：介质层不透明性的量度。
即介质吸收辐射的能力的量度，等于入射辐射强度与出射辐射强度之比。
设入射到吸收物质层的入射辐射强度为I ，透射的辐射强度为e，则T = I/e，其中T为光学深度。
按照此定义，那介质完全透明，对辐射不吸收、也不散射，透射的辐射强度e=入射辐射强度I，即光学深度为T=1，介质不参与辐射。
—摘自百度百科而FLUENT中T=αL，其中L为介质的特征长度，α为辐射削弱系数（可理解为介质因吸收和散射引起的光强削弱系数）。
如果T=0，说明介质不参与辐射，和百度百科中的定义有出入。
但是所表达的意思是接近的，一个是前后辐射量的比值；一个是变化量和入射辐射量的比值（根据Fluent help里的解释，经过介质的辐射损失量=I*T，个人理解，按照此定义，T不可能大于1啊，矛盾。
fluent heat exchange热交换模型介绍
fluent heat exchange热交换模型介绍
"Fluent" 是一种计算流体力学（CFD）软件，而"heat exchange" 则指的是热交换，即在流体中传递热量的过程。
在Fluent 中，可以使用不同的模型和方法来模拟和分析流体中的热交换过程。
热交换模型在Fluent 中涉及到流体流动、传热和传质等多个方面。
以下是一些常见的Fluent 中用于热交换模拟的模型和方法：
1.传热模型：Fluent 提供了多种传热模型，包括传导、对流和辐射传热。
用户可以选择
适当的传热模型，根据系统的特点来模拟热量的传递。
2.壁面热通量：可以在Fluent 中设置不同表面的壁面热通量，以模拟具体区域的热交
换情况。
这对于热交换器、散热器等设备的仿真很重要。
3.热源和热汇：用户可以设置热源和热汇，模拟系统中的加热或散热过程。
这对于热交
换系统的设计和优化非常有用。
4.多相流和相变：在一些热交换系统中，可能涉及到多相流动和相变过程，如蒸发、冷
凝等。
Fluent 支持多相流和相变模型，以更全面地模拟系统中的热交换。
5.换热器模块：Fluent 中有专门的换热器模块，用于更方便地建模和分析换热器的性能，
包括壁面传热系数、温度分布等。
使用Fluent 进行热交换模拟需要用户详细了解系统的几何形状、边界条件、材料属性等信息，并选择合适的模型和参数。
通过模拟，用户可以获得系统内部的流动、温度场等信息，帮助设计和优化热交换设备。
fluent传热模拟
译文说明●本文依据FLUENT6.0的HELP文件翻译而成。
事先并未征得原文版权所有者FLUENT公司或其在中国代理人海基公司的同意。
●本文的写作目的仅在于为在教育与科研领域从事研究工作的人员提供参考与帮助，无意于将其用于商业目的。
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注：本文以ADOBE公司的PDF格式发布。
如需要相应中文WORD格式文档，请发邮件到west_wing@.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o11.3.2 Choosing a Radiation Model选择辐射模型o11.3.3 The Discrete Transfer Radiation Model (DTRM)离散传播辐射模型o11.3.4 The P-1 Radiation Model P-1辐射模型o11.3.5 The Rosseland Radiation Model Rosseland辐射模型o11.3.6 The Discrete Ordinates (DO) Radiation Model离散坐标辐射模型o11.3.7 The Surface-to-Surface (S2S) Radiation Model多表面辐射传热模型o11.3.8 Radiation in Combusting Flows燃烧过程的辐射o11.3.9 Overview of Using the Radiation Models辐射模型使用概览o11.3.10 Selecting the Radiation Model辐射模型的选择o11.3.11 Defining the Ray Tracing for the DTRM离散传播模型的跟踪射线的定义o11.3.12 Computing or Reading the V iew Factors for the S2S Model表面辐射模型中角系数的计算与数据读取o11.3.13 Defining the Angular Discretization for the DO Model DO辐射模型离散角的定义o11.3.14 Defining Non-Gray Radiation for the DO Model离散坐标辐射模型中的非灰体辐射o11.3.15 Defining Material Properties for Radiation有关辐射性能的材料属性定义o11.3.16 Setting Radiation Boundary Conditions辐射边界条件设定o11.3.17 Setting Solution Parameters for Radiation辐射计算参数的设定o11.3.18 Solving the Problem问题求解过程o11.3.19 Reporting and Displaying Radiation Quantities辐射变量的和输出与显示o11.3.20 Displaying Rays and Clusters for the DTRM DTRM表面束和射线显示∙11.4 Periodic Heat Transfer周期性传热问题o11.4.1 Overview and Limitations概述与适用范围o11.4.2 Theory理论o11.4.3 Modeling Periodic Heat Transfer周期性传热问题的模拟o11.4.4 Solution Strategies for Periodic Heat Transfer周期性传热问题求解策略o11.4.5 Monitoring Convergence监视收敛o11.4.6 Postprocessing for Periodic Heat Transfer周期性传热问题的后处理11.5 Buoyancy-Driven Flows浮力驱动流动o11.5.1 Theory理论o11.5.2 Modeling Natural Convection in a Closed Domain封闭区域内自然对流的模拟o11.5.3 The Boussinesq Model Boussinesq模型o11.5.4 User Inputs for Buoyancy-Driven Flows浮力驱动流动的用户输入o11.5.5 Solution Strategies for Buoyancy-Driven Flows浮力驱动流动的求解策略o11.5.6 Postprocessing for Buoyancy-Driven Flows浮力驱动流动的后处理11.1FLUENT中的传热模型概述占据一定体积的物质所据有的热能从一处转移到另一处，这种现象称为传热。
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举例－网格和边界条件
Flow direction
举例－网格和边界条件Air ( Nhomakorabealuid zone)
Convection boundary 1.5 W/m2 K 298 K free stream temp
Board (solid zone)
Chip (solid zone) 2 Watts source
能量方程－粘性耗散项
能量方程－粘性耗散项
由于耗散造成的能量源项
viscous heating粘性剪切作用产生的 热量
当粘性剪切力大或者高速可压流动 中较重要
通常可以忽略 在基于压力求解器中缺省不含 在基于密度求解器中包含
当Brinkman数接近或超过1时比较 重要
能量方程－物质扩散项
fluent传热模型
2020年4月21日星期二
大纲
Energy Equation 能量方程 Wall Boundary Conditions 壁面边界条件 Conjugate Heat Transfer 耦合传热 Thin and two-sided walls 薄面及两面壁面 Natural Convection 自然对流 Radiation Models 辐射模型 Reporting – Export 报告－导出
Convection Boundary 1.5 W/m2 K 298 K free stream temp.
举例－问题设置
举例－问题设置
温度分布（主视图和顶视图）
温度分布（主视图和顶视图）
Flow direction
Air (fluid zone)
Front View
Convection boundary 1.5 W/m2 K 298 K free stream temp
耦合传热
耦合传热
能够计算固体热传导，并且与流体的对流换热耦合 耦合边界条件对任意分隔两个单元体的壁面区域适用
Grid
Velocity vectors
Temperature contours
Example -- Cooling Flow over Fuel Rods
耦合传热举例
耦合传热举例
Top wall (externally cooled) h = 1.5 W/m2∙K T∞ = 298 K
能量方程
能量输运方程
能量方程
• 每单位质量的能量E定义为：
Conduction 传导
Species
Diffusion 物质扩散
Viscous
Dissipation 粘性耗散
• 能量E中的压力和动能项在基于密度的求解器中会自动加入，在基于压力的求
解器中会忽略，可以通过命令行打开
Define/models/energy?
壁面热阻抗使用人工壁厚和材料类型计算 ；壁厚上的温度分布假设是线性的； 传导只在壁面法向方向计算。
薄壁模式的温度定义
薄壁模式的温度定义
薄壁模式只计算法向传导（没有平面传导），而且没有生成实际 上的单元体
壁面热边界条件在外层得到应用
Static temperature (cell value)
Thin wall (no mesh)
Symmetry Planes
Air Outlet
Air inlet V = 0.5 m/s T = 298 K
Electronic Chip (one half is modeled) k = 1.0 W/m∙K Q = 2 Watts
Circuit board (externally cooled) k = 0.1 W/m∙K h = 1.5 W/m2∙K T∞ = 298 K
能量方程－物质扩散项
由于组分扩散造成的能量源项
包括由于物质扩散造成的焓的输 运效果
默认在基于密度的求解器中包含 在基于压力的求解器下可以关闭
能量方程其它项
能量方程其它项
由化学反应引起的能量源项
各种组分的生成焓 各种组分的体积反应率
辐射引起的能量源项 相间能量源项
包括连续相和离散相之间传热 DPM，喷雾，粒子等
电路版（board）可以定义为带厚度的壁面（wall） 在这种情况下，不需要给下层的固体区域画网格
壁面热传导的两种方式
壁面热传导的两种方式
带网格壁面
能量方程在代表壁面的固体 区域上求解
壁面厚度必须网格化
这是最精确的方式，但是需 要更多的网格
因为在壁的两个面上都有单 元体所以经常使用耦合的热 边界条件
Flow direction
Board (solid zone)
Chip (solid zone) 2 Watts source
Top View
Convection Boundary 1.5 W/m2 K 298 K free stream temp.
耦合传热设置
耦合传热设置
另一种建模策略
另一种建模策略
传导区域的固体属性必须 是常量，不能作为温度的 函数
Static temperature (cell value)
Virtual conduction cells
Wall Temperature (outer surface)
固体区域的能量方程
固体区域的能量方程
计算固体区域的热传导 能量方程 可以使用各项异性的传导
率（仅限于压力求解器）
壁面边界条件
壁面边界条件
五种热量条件 Radiation辐射
外部物体传热给壁面 给出发射率和
混合 组合对流和辐射边界条 件
壁面材料可以定义一维方向 的厚度和导热计算
Thermal boundary condition on wall
Wall temperature (outer surface)
Wall temperature (inner surface)
壁面传热的壳传导选项
壁面传热的壳传导选项
壳传导选项用来激活平面 内部的传导计算
生成了附加的导热单元体 ，但不能显式也不能从 UDF中存取
Wall zone (with shadow)
Fluid zone Solid zone
壁面热阻抗在能量方程中直接得到；壁厚 上的温度分布通过计算得到； 双向传热计算。
薄壁
人工模拟壁厚（在壁的边界 条件面板定义）
只对内部壁面使用耦合的热 边界条件
Wall zone (no shadow)
Fluid zone