CFX12_10_HeatTransfer_C

– 流体的局部吸收和在边界上能量方程和 流体的局部吸收和在边界上能量方程和RTE耦合 耦合
• 辐射强度与方向和空间有关 • 辐射强度的传输机理: 辐射强度的传输机理
– 局部吸收 – 向外散射 – 局部散射 – 向内散射
ANSYS, Inc. Proprietary © 2009 ANSYS, Inc. All rights reserved.
瞬态项 • 热传递方程的选项
– None:不求解能量输运方程 不求解能量输运方程 – Isothermal: 不求解能量输运方程，但是需要设定一个温度以估计流体属性 (例如. 流 不求解能量输运方程， 体为理想气体时) – Thermal Energy: 求解能量输运方程，但是忽略流体密度变化的影响. 适合于常比热 求解能量输运方程，但是忽略流体密度变化的影响 的低速流动. 当粘性生热比较显著的时候，可以考虑粘性发散项(viscous dissipation term). – Total Energy: 求解焓的输运，且考虑动能的影响 . 通常用于马赫数超过0.2，以及在 求解焓的输运， 边界层中粘性热效应明显的高速液流的情况(这时，动能影响显著).
Governing Equations 守恒方程
Training Manual
Continuity Momentum Energy where
ANSYS, Inc. Proprietary © 2009 ANSYS, Inc. All rights reserved.
10-2
April 28, 2009 Inventory #002598
Heat Transfer
Governing Equations
• 流体域内的热传递通过能量输运方程控制 流体域内的热传递通过能量输运方程控制:
Training Manual
∂ ( ρhtot ) ∂p − + ∇ ⋅ ( ρ U htot ) = ∇ ⋅ (λ∇T ) + ∇ ⋅ (U ⋅τ ) + S E ∂t ∂t
Radiation
4 4 • 当 Qrad = σ (Tmax − Tmin ) 与热对流和热传导率相比比较显著
Training Manual
时，需要考虑热辐射的影响 • 考虑辐射时，需要求解辐射强度输运方程(Radiative 考虑辐射时，需要求解辐射强度输运方程 Intensity Transport Equations——RTE)
• 当辐射热传递效果明显时，需激活辐射 当辐射热传递效果明显时， 模型/子模型 模型 子模型
ANSYS, Inc. Proprietary © 2009 ANSYS, Inc. All rights reserved.
10-5
April 28, 2009 Inventory #002598
Heat Transfer
• 指定发射率和漫射分数Specify Emissivity and Diffuse Fraction
ANSYS, Inc. Proprietary © 2009 ANSYS, Inc. All rights reserved.
10-10
April 28, 2009 Inventory #002598
• 每个辐射模型都有各自的假设、局限性和优点 每个辐射模型都有各自的假设、
ANSYS, Inc. Proprietary © 2009 ANSYS, Inc. All rights reserved.
10-7
April 28, 2009 Inventory #002598
Heat Transfer
ห้องสมุดไป่ตู้
10-6
April 28, 2009 Inventory #002598
Heat Transfer
Radiation Models
• 可用的辐射模型
Training Manual
1) Rosseland Model (扩散近似模型) 2) P-1 Model 3) Discrete Transfer Model (DTM) 4) Monte Carlo Model (ANSYS CFD-Flo 中不可用)
Heat Transfer
Training Manual
第 10 章 热传递
CFX简介 简介
ANSYS, Inc. Proprietary © 2009 ANSYS, Inc. All rights reserved.
10-1
April 28, 2009 Inventory #002598
Heat Transfer
ANSYS, Inc. Proprietary © 2009 ANSYS, Inc. All rights reserved. April 28, 2009 Inventory #002598
对流项
传导项
粘性(生热)项 源项
10-3
Heat Transfer
Governing Equations
• 能量方程中考虑多组分流 反应流和辐射模型项的影响 能量方程中考虑多组分流, • 固体计算域中的热传递
• 在Domain > Fluid Models面板下选择 面板下选择 热传递模型
Training Manual
• 如果在流体中的粘性剪切效应较大 (如. 如 润滑油或高速可压缩流)， 润滑油或高速可压缩流 ，需要选择 Viscous Work term (Total Energy), 或 Viscous Dissipation term (Thermal Energy),
Choosing a Radiation Model
• 选择辐射模型之前需要考虑光学厚度 选择辐射模型之前需要考虑光学厚度(optical thickness )
Training Manual
– 小光学厚度表示 小光学厚度表示(Optically thin)表示流体是透明的，这里辐射热传递可以进行 表示流体是透明的， 表示流体是透明的
– 可以联合边界条件与 可以联合边界条件与domain Interface设置进行设置 设置进行设置
ANSYS, Inc. Proprietary © 2009 ANSYS, Inc. All rights reserved.
10-11
April 28, 2009 Inventory #002598
• Wall
– – – – 绝热Adiabatic 恒温Fixed Temperature 热流量Heat Flux 热传递系数Heat Transfer Coefficient
• 辐射量Radiation Quantities
– 局部温度 (Inlet/Outlet/Opening) – 外部黑体温度External Blackbody Temperature (Inlet/Outlet/Opening) – 不透明Opaque
• 将interface设置为一个 设置为一个wall而不是一个流体可以通过 设置为一个 而不是一个流体可以通过 interface
– 勾选上 勾选上Heat Transfer并选择 并选择Thin Material选项 并选择 选项
• 指定一种物质和该物质的厚度
• 其它的 其它的domain interface类型 (Fluid-Solid 等)可以采 类型 可以采 代表涂层的影响. 用Thin Material代表涂层的影响 代表涂层的影响
• 对小光学厚度介质可以采用 对小光学厚度介质可以采用Monte Carlo 或Discrete Transfer模型 模型
– DTM在模拟长 薄的几何时，精度较小 在模拟长/薄的几何时 在模拟长 薄的几何时， – 与DTM相比，Monte Carlo需要较多的计算资源 相比， 相比 需要较多的计算资源 – 这两个模型也能用于大光学厚度的介质，但是P1模型的计算资源却小很多 这两个模型也能用于大光学厚度的介质，但是 模型的计算资源却小很多
• Domain的交界面上可以进行 的交界面上可以进行thin material的设置 的交界面上可以进行 的设置
– 仅仅发向传导 忽略任何平面上的传导 仅仅发向传导;
• 例如 交界面上的热阻模拟 例如:
– 创建流 流交界面 创建流-流交界面 – 在Additional Interface Models 键里的 键里的Mass and Momentum设置为 设置为No Slip Wall 设置为
• Surface to Surface Model
– 当采用 当采用Monte Carlo 及 DTM时，可以选用 时 – 忽略了辐射域内，流体的影响(仅边界参与辐射计算 忽略了辐射域内，流体的影响 仅边界参与辐射计算 仅边界参与辐射计算) – 可以显著的缩短计算时间
• 固体计算域内的辐射
– 在透明或半透明的固体域中 如玻璃), 只有 在透明或半透明的固体域中(如玻璃 只有Monte Carlo可以采用 如玻璃 可以采用 – 在不透明固体域中，无辐射 在不透明固体域中，
ANSYS, Inc. Proprietary © 2009 ANSYS, Inc. All rights reserved. April 28, 2009 Inventory #002598
10-12
Heat Transfer
• 辐射仅仅与 辐射仅仅与domain的边界相互作用 的边界相互作用
– 大光学厚度 大光学厚度(Optically thick/dense)表示流体吸收和发射辐射 表示流体吸收和发射辐射
• 对大光学厚度介质，P1模型是个好选择 对大光学厚度介质，P1模型是个好选择
– 如对燃烧模拟 燃烧气体吸收辐射) 如对燃烧模拟(燃烧气体吸收辐射 燃烧气体吸收辐射 – P1模型计算代价不大，精度挺高 模型计算代价不大， 模型计算代价不大
– 静温Static Temperature – 总温Total Temperature – 总焓Total Enthalpy