温度场和流场的模拟
铸造过程的模拟仿真技术及在发动机零部件设计上的应用
热应力数值模拟
铸锻材料与工艺研究所
铸件凝固过程中的热应力数值模拟涉及凝固 过程复杂的传热分析、随温度和组织变化的力学 模型、铸件和铸型之间的相互作用和热裂的发生 等。
铸件热应力模拟可以预测铸件凝固过程中应 力和变形的动态变化，在此基础上进行热裂的预 测，并对铸件残余应力和残余变形进行分析，为 铸件尺寸精度控制提供依据。
化技术可以有效地发现铸件可能产生缺陷的位置
和种类，从而指导工艺人员采取恰当的工艺措施 加以避免。
ห้องสมุดไป่ตู้
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铸造过程的模拟仿真技术
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通过数值模拟的应用，可以分析铸件中存在
的各种缺陷的产生原因，进而采取相应工艺措施 来消除缺陷，实现工艺优化，同时可以节省大量 的人力、物力和财力，缩短产品从设计到应用的 周期，增强产品的市场竞争能力。
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数值模拟： 在计算机上实现的一个特定的计算，通
过数值计算和图像显示，履行一个虚拟的物 理实验—数值试验。
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有限元法
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有限元法
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有限元法（FEM-finite element method）
横浇道
压铸压射速度----压室内冲头推动金属 液时的移动速度。
慢压射速度----通常包括冲头越过浇料 口这段行程。一般为0.1~0.5m/s。
快压射速度----确定内浇道截面积、内 浇口速度，然后根据压室直径得到。
直浇道
内浇道
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铸件充型过程（流场）数值模拟
排溢系统----熔融金属在填充型腔过程中，排除型 腔内的气体、涂料余烬以及流动金属前沿的冷金 属的通道和处所。
校园公共建筑节能设计及室内温度场仿真模拟
校园公共建筑节能设计及室内温度场仿真模拟方案设计本文建立与教学楼空调课室相全都的三维实际模型，用ANSYS CFX仿真软件数值计算其室内温度场的分布变化状况，通过仿真模拟分析结果为教学楼空调课室的节能改造供应依据和参考。
从多个角度动身仿真课室的温度场变化并作对比讨论，讨论各个因素对空调室内温度场变化分布的影响，分析讨论力图找出影响空调课室温度场变化的各个影响因子及其所占比重，为空调制冷节能改造供应参考。
运用ANSYS12.0应用仿真软件进行数值模拟仿真讨论[2][3]，运用其子模块ANSYS ICEM网格划分工具进行网格生成与处理[4]。
运用ANSYS CFX进行数值运算[5]。
建立了与校内教学楼空调课室相全都的三维实际模型。
1.1物理模型模型课室尺寸为14.40m×12.00m×5m，课室中就座54人，选定身高为 1.73m，体重为60kg，依据公式计算可得人体表面积为1.74231m，与物理模型中单个人体表面积1.74 m2基本符合。
1.2数学模型本文采纳用ANSYS CFX 数值模拟课室内温度场变化时采纳标准k-ε模型。
标准k-ε模型的湍动能k和耗散率ε方程为如下形式：在上述方程中，Gk表示由于平均速度梯度引起的湍动能产生，Gb是用于浮力影响引起的湍动能产生；YM可压速湍流脉动膨胀对总的耗散率的影响。
湍流粘性系数。
1.3网格划分本文运用ANSYS12.0应用仿真软件进行数值模拟仿真讨论，运用其子模块ANSYS ICEM网格划分工具进行网格生成与处理。
Tetra Meshing四周体网格适合对结构简单的几何模型进行快速高效的网格划分，网格划分时，勾选smooth mesh 即对网格进行即光顺操作。
是在气流入口、气流出口和窗玻璃面进行加密网格划分。
模型网格生成完毕之后统计网格数量为455495个。
1.4边界条件的设定设定合适的流体域Fluiddomain、Soliddomain参数以及合适的砖墙材料、窗户玻璃材料、入口边界条件、出口边界条件、玻璃窗加热面边界条件、人体表面散热边界、流固交界面的边界条件。
计算流体力学在反应器温度场数学模拟中的应用
的， 其数学模型由质量、 动量、 热量传递方程构成。
一定的流场决定着相应的温度场 ， 温度分布状况是 相应流场的反映。由于 目前流场测试技术的限制 ，
1.1 标准k 一 模型[2l 。
标准 k - : 模型是在湍流范围内求解湍流粘度
的通用模型。
CMC 等非透明流体用 PIV 等激光技术难以测量， 其他技术准确度也差， 故非牛顿流体流场模拟计算
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软件中广为应用。
收稿 日期 20 06 一0 7 一02
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作者简介 徐畅(1972 一 ， 江苏东台人， ) 女， 讲师， mail:gladxushu) 163. coma E-
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采用Fluent进行冰箱温度场与速度模拟
安世亞太（PERA China）深圳分公司86-0755-*******************************目录目标 (3)1.引言 (3)2.CFD仿真过程 (4)2.1控制方程 (4)2.2单位 (4)2.3材料物性参数 (5)2.4几何与网格创建 (6)2.5求解工况&计算域&边界条件 (10)2.6结果分析 (10)2.7结论 (15)表格清单表1 单位系统（国际单位制） (5)表2 空气理想气体物性表 (5)表3 冰箱塑料内胆物性表 (5)表4 冰箱隔热层物性表 (6)表5 冰箱外壁物性表 (6)表6 计算域划分与边界条件 (10)图片清单图1 冰箱外形示意图 (3)图2 冰箱几何尺寸示意图（单位：mm） (4)图3 采用Icem创建的冰箱几何模型 (7)图4 冰箱外表面网格 (8)图5 冷藏室外表面网格 (8)图6 冷冻室外表面网格 (9)图7 截面体网格（x=300mm） (9)图8 瞬态计算残差曲线 (11)图9 冷藏室中心点温度时间曲线 (11)图10冷冻室中心点温度时间曲线 (12)图11 Z=300mm处的温度曲线 (12)图12 Z=300mm处的速度曲线(a)冷藏室 (b)冷冻室 (13)图13 冷藏室温度达到5℃时Z=300mm处截面的速度云图 (14)图14 冷藏室温度达到5℃时Z=300mm处隔热层温度分布云图 (15)目标本报告旨在通过ANSYS旗下软件ICEM、FLUENT进行美的冰箱的仿真。
在35℃环境温度下，求解得到冰箱启动后的冷藏室和冷冻室温度从35℃分别降温到5℃和-18℃的降温曲线。
1.引言冰箱由冷藏室、冷冻室两个独立空间组成，室内空气采用自然对流方式进行热传递；此外，还需要考虑冷量通过塑料ABS内胆、隔热层和冰箱外壁钢板的损失。
冰箱外形如图1所示:冷藏室 F冷冻室 R图1 冰箱外形示意图冰箱几何尺寸示意图如图2图2 冰箱几何尺寸示意图（单位：mm）2.CFD 仿真过程本次仿真所用网格采用ANSYS○R ICEM CFD生成，所后采用ANSYS○R Fluent作为求解器进行求解。
干燥箱内温度场和气流场的建模仿真与试验研究
2012年8月农机化研究第8期干燥箱内温度场和气流场的建模仿真与试验研究陈红意，赵满全(内蒙古农业大学机电工程学院，呼和浩特010018)摘要：研究干燥箱内苜蓿草捆的不同放置方式对其温度场和气流场的影响，建立干燥箱的三维仿真模型．运用流体动力学软件对干燥箱体内苜蓿干燥过程中的温度场和气流场进行数值模拟，分析了在有效干燥时间内长宽高均为i O cm的苜蓿草捆竖放、横放、斜放45。
与斜放135。
情况下干燥箱内气流场变化情况。
结果表明，苜蓿横放时，速度分布最均匀，入口风速可以被充分利用，干燥效果最好。
通过实验数据与数值模拟结果的比较，证明苜蓿草的数值模拟对深入研究干燥箱内部的热空气流动具有重要意义，为干燥滚筒的设计及热效率的提高提供指导。
关键词：苜蓿；数值模拟；温度场；气流场中图分类号：S266．6文献标识码：A文章编号：1003—1∞X(2012108—0098-040引言苜蓿含有丰富的蛋白质、营养物质以及动物生长发育所需的铁、锰等微量元素，不仅是牛羊等草食家畜的主要优质饲草，也是猪、禽、鱼配合饲料中重要的蛋白与维生素补充原料¨吲。
苜蓿因含有大量的粗蛋白质、丰富的碳水化合物和多种维生素及矿物元素，有“牧草之王”之美誉¨。
4o。
干燥加工是苜蓿产业精深加工的主要方式之一，选择合适的苜蓿干燥工艺是保证在苜蓿干燥时提高干燥效率和获得较高干燥品质的基础。
因此，关于苜蓿干燥技术进展的研究对莒蓿产业的发展具有很重要的意义。
苜蓿干燥是一个复杂的强耦合非线性动力系统，在干燥过程中存在外界的干扰和模型的不确定性，如何建立有效的干燥模型是苜蓿干燥的重要基础研究内容之一，也是实现干燥全自动控制、提高干燥质量、减少能量消耗和缩短干燥时间的先决条件。
苜蓿干燥的3个外部基本因子为热风温度、空气湿度和热风速度。
关于温度和湿度对干燥速度和干燥质量的影响，国内外已有了较深人的研究。
热风速度也是苜蓿干燥的一个重要因子，正确选用热风速度不仅对干燥速度和干燥质量有较大影响，而且可使能耗大幅度降收稿日期：2011—09—22基金项目：国家农业科技成果转化资金项目(2009G B2A400054)；内蒙古自治区科技创新引导奖励资金项目(20101734)；内蒙古农业大学科技刨额团队项目(N D PY TD2010—8)作者简介：陈红意(1986一)，男，太原人，在读碗士研究生．(E—nI i l) 236144088@163．coi n。
中央空调房间室内流场数值模拟分析
零热流条件,即绝热边界;房间初始温度为310.16k(即37℃)。
图1数值模拟计算模型及边界条件示意图1.2数学模型为简化问题,作如下假设:(1)房间内空气低速流动,视为不可压缩流体;(2)空气在室内为稳态流动;(3)忽略四周墙壁的辐射量;(4)不考虑四周墙壁的漏风影响,认为房间气密性良好。
数值计算采用k-ε湍流模型,k-ε湍流模型是工程上常用的一种涡粘性模型,它和代数模型的主要差别是k-ε湍流模型的涡粘性系数μt包含了部分历史效应,将涡粘性系数和湍流动能与湍流动能的耗散率联系在一起,具体的方程见参考文献[6]。
为了进一步分析不同送风角度对室内舒适度的影响,取z=0.8m 截面进行速度场和温度场分析。
从图3中可以看出,送风角度为90°和70°情况下,右墙附近温度均最低,这是由于右墙周围流速较高,热空气可得到充分的降温。
送风角90°情况下,0.8m高度截面温度分布较均匀,温度范围在27℃至30℃范围内,大部分区域风速小于0.1m/s。
送风角70°时,截面整体风速较90°情况下小,但由于风速较小,送风能力较小,左侧大部分区域温度范围在302.5K以上。
送风角度45°时,参考平面中部出现局部低温,且风速高于0.5,不满足舒适度要求。
对各送风角度工况下,对z=0.8截面对温度和速度取平均后得到:送风角度分别为90°、70°和45°下,参考平面平均温度分别为301.56K、302.15K和301.58K,平均速度分别为0.13m/s、0.11m/s和0.10m/s。
可知图2各吹风角度下y=0剖面速度场和温度场二是对在职调查人员进行经常性培训。
(2)送风角度在90°或70°时,入流气流通过端墙的阻挡,沿端墙与出口形成对流,使房间温度和速度分布更均匀。
(3)送风角度在90°时,降温效率较70°情况高。
fluent温度场和流场耦合计算
fluent温度场和流场耦合计算在工程领域中，温度场和流场的耦合计算是一个重要的研究课题。
温度场和流场的相互作用对于许多工程问题具有重要的影响，例如汽车发动机的冷却、空调系统的设计等。
因此，准确地计算温度场和流场的耦合关系对于工程设计和优化具有重要意义。
在耦合计算中，fluent是一种常用的计算流体力学（CFD）软件，它可以模拟流体在各种复杂的流动条件下的运动。
而温度场的计算则需要考虑材料的热传导性质和流体的对流传热特性。
因此，在进行温度场和流场的耦合计算时，需要将流体力学和热传导方程相互耦合求解。
为了进行温度场和流场的耦合计算，首先需要建立数学模型。
对于流场，可以通过Navier-Stokes方程来描述流体的运动。
而对于温度场，可以使用热传导方程来描述温度的分布。
将这两个方程进行耦合，可以得到一个包含流体力学和热传导的耦合方程组。
在fluent中，可以通过设置边界条件、初始条件和材料属性等参数来模拟真实的工程问题。
通过对流体的速度、温度和压力等参数进行求解，可以得到流体在不同条件下的运动状态和温度分布。
同时，通过对流体和固体之间的热传导进行求解，可以得到固体的温度分布。
通过这些计算结果，可以对工程问题进行分析和优化。
在工程实践中，温度场和流场的耦合计算广泛应用于各个领域。
例如，在汽车发动机的冷却系统中，通过对冷却液的流动和发动机表面的热传导进行耦合计算，可以确定最佳的冷却液流动参数，从而提高发动机的冷却效果。
在空调系统的设计中，通过对空气流动和室内温度分布的耦合计算，可以确定最佳的送风方式和风速，从而提高室内空气的舒适度。
除了工程领域，温度场和流场的耦合计算还在其他领域有着广泛的应用。
例如，在石油工业中，通过对油气流动和地下温度分布的耦合计算，可以确定最佳的采油方案。
在电子器件的散热设计中，通过对电子器件的流体冷却和温度分布的耦合计算，可以提高设备的散热效果。
温度场和流场的耦合计算是工程领域中一个重要的研究课题。
fluent 流场模拟 指标
FLUENT 流场模拟指标Fluent是一种广泛用于流体力学仿真的计算流体力学（CFD）软件，被广泛应用于工程、科学研究和设计领域。
本文将深入探讨在Fluent流场模拟中常用的关键指标，包括流速、压力、湍流参数等，并详细说明这些指标在不同应用场景下的意义和作用。
第一：1.1 背景计算流体力学（CFD）是一种数值模拟流体流动行为的技术，广泛应用于航空航天、汽车工业、能源等领域。
Fluent作为一款著名的CFD软件，为用户提供了强大的流场模拟工具。
1.2 目的本文旨在介绍Fluent流场模拟中的关键指标，深入探讨这些指标在模拟过程中的作用和意义。
通过对这些指标的理解，帮助工程师和研究人员更好地分析流场模拟结果，并优化设计和工艺。
第二：关键指标概述2.1 流速流速是流体在空间中的运动速度，是流场模拟中最基本的参数之一。
Fluent提供了丰富的流速信息，包括局部流速、平均流速等，用于分析流体在不同区域的运动情况。
2.2 压力压力是流体在流场中的一种重要物理量，对于流体流动和力学性质有着重要的影响。
Fluent模拟中的压力分布可用于评估系统的稳定性和性能。
2.3 温度在一些特定应用场景下，温度分布对流体性质和工艺效果具有重要影响。
Fluent能够提供温度场的模拟结果，用于热力学和热传导分析。
2.4 湍流参数湍流是流体中的一种不规则运动状态，对于一些工程问题，湍流参数的模拟结果是至关重要的。
Fluent提供了湍流模型和湍流参数的详细分析，帮助理解流体流动中的湍流现象。
第三：应用场景及关键指标分析3.1 空气动力学分析在航空航天和汽车工业中，空气动力学分析是Fluent流场模拟的典型应用之一。
流速、压力分布等指标对于评估飞行器或汽车的气动性能至关重要。
3.2 液体流动与传热在化工、能源等领域，液体的流动和传热问题是研究的热点。
Fluent可以模拟液体在管道、反应器等设备中的流动和传热过程，提供温度、压力、流速等关键指标。
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天津职业技术师范大学Tianjin University of Technology and Education毕业论文专业：材料成型及控制工程班级学号：材料0912 - 09学生姓名：***指导教师：高莹讲师二〇一四年六月天津职业技术师范大学本科生毕业设计TIG焊电弧温度场和流场的模拟Analog TIG welding arc temperature field and flow field专业班级：材料成型及控制工程--材料0912学生姓名：蔡言锋指导教师：高莹讲师学院：机械工程学院2014 年6 月摘要钨极氩弧焊（TIG焊）是近代工业生产中应用比较广泛的一种焊接方法，这种焊接方法具有热影响区小、焊缝美观、易于控制等众多优点。
所以对TIG焊焊接技术进行数值模拟，能够更好的了解和控制整个焊接的过程，所模拟TIG焊电弧的温度场和流场具有重要的意义。
数值模拟技术应用广泛，本文就是采用有限元分析软件FLUENT，创建了符合实际的TIG焊自然燃烧电弧的有限元模型。
根据流体力学质量守恒、动量守恒和能量守恒方程，选取合理的边界条件，得到了TIG焊电弧的温度场流场分布的变化规律图。
通过FLUENT的后处理结果能够对TIG焊电弧内部的一些温度场、流场等情况进行形象的表述。
基于自然燃烧的TIG焊接电弧的数值分析，有助于进一步理解焊接过程的物理实质，合理地选择焊接工艺和工艺参数，并为冶金分析提供进一步的理论依据。
为今后的理论研究和工业生产奠定基础。
关键词：TIG 焊；FLUENT 软件；数值模拟；电弧AbstractGTAW (TIG welding ) is a modern industrial production, used widely as a welding method, this method has a small weld heat-affected zone , weld appearance, easy to control , and many other advantages. So for TIG welding techniques to simulate , to better understand and control the entire welding process , the simulated temperature and flow field TIG welding arc is of great significance .Numerical simulation of a wide range of technical applications, this paper is the use of finite element analysis software FLUENT, TIG welding creates realistic finite element model of the natural burning arc . According to hydrodynamic mass, momentum and energy conservation equations , selecting appropriate boundary conditions and the variations of temperature field in Figure TIG welding arc flow field distribution . Able for some temperature and flow fields, etc. TIG welding arc carried the image of the interior of expression through post-processing of results of FLUENT .Numerical TIG welding arc burning natural -based analysis helps to further understand the physical substance of the welding process , a reasonable choice of welding processes and process parameters, and provides a theoretical basis for further metallurgical analysis. Lay the foundation for future theoretical research and industrial production.Key Words：TIG welding; FLUENT software; numerical simulation; arc目录第1 章绪论 (1)1.1 课题研究背景及意义 (1)1.2 国外对TIG焊接电弧的研究 (1)1.3 国内对焊接电弧的研究状况 (4)1.4 本文研究的内容和意义 (5)第2 章理论基础 (6)2.1 焊接电弧 (6)2.1.1气体原子的激发与电离 (6)2.1.2电子发射 (7)2.1.3弧柱区的导电特性 (7)2.1.4电弧的力学特性 (8)2.2 流体动力学基础 (8)2.2.1 质量守恒定律 (8)（2-1） (9)2.2.2 动量守恒定律 (9)2.2.3 能量守恒定律 (9)2.3 FLUENT 软件简介 (9)2.3.1 FLUENT 算法 (10)2.3.2 FLUENT 计算流程 (11)2.4本章小结 (11)第3 章焊接的数值模拟及分析结果 (12)3.1 焊接电弧的数学模型 (12)3.1.1 基本假设 (12)3.1.2 控制方程 ................................ 错误!未定义书签。
3.1.3 计算区域 ................................ 错误!未定义书签。
3.1.4 网格划分 ................................ 错误!未定义书签。
3.1.5 氩气的热物性性质 (13)3.2 计算结果 (13)3.2.1 温度场云图 (17)3.2.2速度分布 (18)3.2.3 速度矢量分布 (19)3.2.4 电势分布 (19)结论 (21)参考文献 (22)致谢 (24)第 1 章绪论1.1 课题研究背景及意义作为先进制造技术的重要组成部分，焊接在国民经济的发展和国家建设中发挥了重要的作用。
焊接技术己经广泛应用于国民经济的各个部门，如机械工程、桥梁工程、建筑工程、压力容器、船舶工程、电子工程以及尖端的航天、航海和动力工程等领域，所以焊接技术的研究和发展水平，标志着一个国家工业和科技的现代化进程[1]。
在各种焊接方法中，电弧焊是应用最广泛的一种焊接方法，其中钨极氩弧焊是现代工业生产中应用十分广泛的电弧焊方法之一。
随着脉冲钨极氩弧焊的发展，对焊接生产的质量和效率提出了越来越高的要求。
然而在焊接过程中，电弧等离子体是一个电、热、光、磁、力等共同作用且相互制约的粒子流平衡体，依靠消耗外界的能量和质量维持其电热转换的过程[2]，因此电弧过程有许多未被认知的领域而受到国内外研究者广泛研究[3-5]。
由于焊接电弧是一个高温等离子体，难以通过常规的手段对其进行观察测量。
因此仅通过一系列实验或根据经验来获得可靠而经济的焊接结构是不精确的。
焊接过程是一个非常复杂的过程，国内对焊接过程的模拟与仿真主要围绕焊接熔池中的流体流动和热过程，焊接金属凝固和焊接接头的相变过程及焊后焊件变形的分析，而从事焊接电弧模拟的人很少，国内关于电弧模拟的资料更是少之又少。
TIG焊由于其稳定的电弧长度和较高的焊接质量应用越来越广泛，是较为理想的研究对象，因此我们对TIG焊接电弧进行模拟和研究，建立符合实际的电弧模型，提高和完善国内焊接电弧的理论水平，为工艺应用分析提供理论依据。
随着现代科学技术的发展，数学模型和数值模拟技术的地位显得越来越重要。
焊接的数值模拟有助于人们从更深层次上理解焊接过程的物理实质，模拟的结果有利于实现对焊接过程的控制。
利用数值方法计算焊接热过程，还可为合理的选择焊接方法和工艺参数以及进一步进行冶金分析和动态应力应变分析奠定基础。
1.2 国外对TIG焊接电弧的研究在国外自七、八十年代就开展了对焊接电弧完整体系的数值研究和模拟。
K.C.Hsu[6,7]等对自由燃烧的高密度氩弧进行了研究。
尽管高电流密度、自由燃烧的氩弧已应用了很多年，但是对于综合模拟这种电弧的尝试受到了一些与电、磁、流体动力和热效应相互作用相关问题的阻碍，特别是在阴极附近，这种作用使得为模型分析选择现实的边界条件变得特别困难。
与低电流密度电弧相比，高电流密度电弧受由电弧自身引起的流体动力效应的支配。
电弧电流与自身的磁场导致等离子流喷射。
自由电弧的阴极区起到电磁管道的作用，不断的从周围环境中吸入气体以气流的形式喷射到阳极。
阴极气流撞击到阳极，在阳极表面形成一个停滞层，最终导致钟形的自由燃烧的高密度电弧。
文中提出守恒方程来解决整个自由燃烧的电弧，包括阴极和阳极压降区。
最敏感的边界条件，近阴极区电流密度从测量熔化阴极尖端的尺寸导出。
因为等离子体的速度比声速低的多，忽略气体的压缩特性[8]，K.C.Hsu 等对于电弧模型的研究基于下面的假定：(1) 电弧是局部热动态平衡的。
(2) 电弧是稳定的、连续的、对称的并且是光学薄的，流动是处于层流状态的（所谓光学薄的是指辐射热的重新吸收与总的辐射热损失相比是可以忽略的：对于电弧稳定性的理解是电弧在某一特定的条件下，长时间地、连续地保持其宏观状态和性能不变[9]）(3) 重力和由于粘性效应导致的热损失忽略不计。
J.McKELLIGET等[11]对焊接电弧的热传递和流体流动做了认真的分析和研究。
其建立的电弧模型与上述K.C.Hsu建立的模型近似。
区别是J.McKELLIGET将阴极表面假定为平表面。
在对阴极区的处理上假定通过阴极表面的电流密度是恒定的。
J.McKELLIGET等人考虑了阳极区行为，进行必要的处理：由于熔池表面的流体速度(~0.5m/s)要比等离子气体在熔池表面的速度(~10m/s)小的多，这样熔化表面相对于气体喷射是稳定的。
阳极表面温度为1000K 。
从等离子气流到阳极进行的热传递有对流热传递电子流动热传、递辐射热传递、热损失是由于阳极材料的蒸发造成的，在文中将其忽略。
M.C.TSAI等[12]基于不同电极形状对电弧的热传递和流体流动做了分析。