CAE知識(shí)講堂---ProE高級(jí)技巧

2017-03-27 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

1 分界面對(duì)流系數(shù)(Film coefficient)

長期以來,一直聽說ANSYS中流體與固體表面不需要設(shè)置傳熱對(duì)流系數(shù)(Film coefficient),但一直沒有確鑿的證據(jù)。

即使根據(jù)告訴者的程序,其實(shí)他們也是在分界面上設(shè)置了對(duì)流系數(shù)系數(shù),那問題就是這個(gè)非常理論化的參數(shù)如何設(shè)置呢?以及如何加載上去呢?

(1) 加載指令

假設(shè)需要加載,對(duì)應(yīng)指令為:

SF, Nlist, Lab, VALUE, VALUE2

一定注意的是一次加載至少需要兩個(gè)節(jié)點(diǎn),即不能單獨(dú)加載在一個(gè)節(jié)點(diǎn)上;Lab=Conv即可;Value是指設(shè)置的對(duì)流系數(shù);Value2是指Bulk temperature,不能認(rèn)為是環(huán)境溫度(ambient temperature),應(yīng)該是分界面對(duì)流流體的溫度。

(2) 如何加載?

在執(zhí)行如上指令時(shí)一定要“去掉”(即“反選擇”)分界面某一側(cè)的單元,否則不能加上對(duì)流系數(shù)。這個(gè)可以通過查看負(fù)荷(Loads)>on surface>on nodes看看到底如何?

反選擇的指令:

Esel,U,Mat,,1 !這里“反選擇”的是“流體”,保留的是固體。

(3) 困惑?

經(jīng)過反復(fù)計(jì)算,對(duì)流系數(shù)高度影響溫度場(chǎng)的分布,并且系數(shù)越大,內(nèi)部導(dǎo)體溫度越低,可以解釋為對(duì)流越激烈,也可以通過牛頓冷卻公式解釋。此時(shí),如何設(shè)置這個(gè)系數(shù)成為困惑之一?

另外,后處理發(fā)現(xiàn),可以獲取所有節(jié)點(diǎn)的對(duì)流系數(shù),只是在分界面上不等于0,其余節(jié)點(diǎn)均為0。

困惑2:分界面上的對(duì)流系數(shù)到底是起始設(shè)置的值還是最終計(jì)算的值?如果設(shè)置的值僅做迭代的初值,那最終結(jié)果不應(yīng)該與該系數(shù)有關(guān)系。但事實(shí)上,并非如此。

(4) 正解:

終于,在ANSYS的“Help>Help Topics>目錄>Fluids Analysis Guide>CFD>Thermal loads and boundary condition>4.3.1.3”中找到了如下的答案:

You specify heat flux and heat transfer coefficients at external model boundaries. You cannot specify them at general internal surfaces. You can specify heat flux and heat transfer coefficients at internal boundary faces (such as fluid/solid interface surfaces), but FLOTRAN will issue a warning because they are probably incorrect. In a standard FLOTRAN analysis the heat transfer at a fluid/solid boundary is a desired result, not a boundary condition. If you wish to apply a heat flux or a heat transfer coefficient, you should apply it at the external solid material boundary, or at the edge of the fluid region without modeling the solid material in the analysis. If you specify a film coefficient or a heat flux at an internal fluid/solid interface, FLOTRAN interprets it to be a line/area heat source or sink. You can prescribe temperatures anywhere.

由上解釋,結(jié)合本人經(jīng)驗(yàn),100%地可以確定:

(1) 對(duì)流系數(shù)僅需要加載在整個(gè)模型的“外邊界”。不能加載在內(nèi)部邊界,如電纜熱分析時(shí)電纜和空氣全部建立模型時(shí),但是在分界面不能付對(duì)流系數(shù)。這也結(jié)論解決了我們長期的困惑。

(2) 如果一定要在內(nèi)邊界定義對(duì)流系數(shù),則認(rèn)為在該邊界上有熱源,顯然這個(gè)很難做到。

自此得到結(jié)論:流-固體邊界上不需要設(shè)置對(duì)流系數(shù),該系數(shù)是一個(gè)后處理得到的結(jié)果,而不是已知條件,這也是流體熱計(jì)算和純溫度場(chǎng)的區(qū)別所在。

2 分界面速度的處理:

(1) 靜止固體

顯然分界面上氣體的速度為0,則可以加載:

D,All,Vx,0,,,,Vy,Vz

在此之前,必須選擇相關(guān)節(jié)點(diǎn)。

(2) 未處理的分界面

假設(shè)流體與固體的分界面未做速度的任何處理,則只能滿足所有速度為0。經(jīng)過反復(fù)試計(jì)算,是否賦零得到所有物理量的結(jié)果都相同。

(3) 運(yùn)動(dòng)的固體

如電機(jī)的轉(zhuǎn)子,希望考慮氣隙空氣運(yùn)動(dòng)。如果設(shè)置固體表面的節(jié)點(diǎn)的速度為某一非0值,結(jié)果發(fā)現(xiàn)最后所有物理量的結(jié)果和設(shè)置0時(shí)完全相同。查看固體表面節(jié)點(diǎn)的速度,仍然為零。

結(jié)論:流、固體分界面節(jié)點(diǎn)處速度無論是否設(shè)置以及設(shè)置多少,ANSYS均以零處理。

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