fluent中的wall thickness和shell conduction

CFD流

2020年6月29日 11:33

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如下圖所示，當我們用fluent計算傳熱時，我們給壁面施加一個熱邊界條件，有時候我們希望給壁面施加一個虛擬的厚度，而不必建立幾何實體。那么我們到底應該選擇wall thickness還是應該選擇shell conduction？這兩者有什么區別？下面我們作一簡單的介紹。

fluent中的wall thickness和shell conduction的圖1

01— wall thickness

默認情況下，壁面的厚度為零。然而，你可以結合任何的熱邊界條件，在壁面上建立一層薄薄的材料模型。例如，您可以模擬兩個流體區域之間的一塊金屬片的影響，固體區域上的涂層，或兩個固體區域之間的接觸阻力。 ANSYS Fluent將求解一維穩態熱傳導方程，計算壁面的熱阻和壁面內產生的熱量。

為了在傳熱計算中包括這些影響，您需要指定材料的類型、壁厚和壁內的熱生成率。選擇材料輸入材料名稱下拉列表,并指定壁厚的厚度。如果您想檢查或修改所選材質的屬性，可以單擊“編輯”…打開編輯材質對話框。這個對話框只包含所選材質的屬性，而不是標準的創建/編輯材質對話框的全部內容。

當指定厚度時，該壁將被視為耦合壁，其中與流體/固體單元相鄰的表面稱為“wall surface”。見Figure 6.40: A Thin Wall.

fluent中的wall thickness和shell conduction的圖2

壁面的熱阻為:Δx/k, 式中k為壁面導熱系數，Δx為壁厚。您設置的熱壁邊界條件將在由壁厚與流體/固體單元分隔的表面上指定。這一邊的溫度是T_b。

在熱生成率場中指定壁面內的產熱率。例如，如果您要對已知電路中耗散的電能的印刷電路板進行建模，則此選項非常有用。當對有厚度但不具有殼層傳導的壁進行后處理時，溫度…類別提供三種選擇:相鄰流體/固體單元的溫度存儲為靜態溫度;將壁面本身的溫度存儲為壁面溫度;通過壁厚與流體/固體細胞分離的表面溫度被儲存為壁溫(薄)。

重要提示:注意對于薄壁，你只能指定一個恒定的導熱系數。如果你想對非零厚度的壁面使用非常數的導熱系數，你應該使用“shell conduction”模型。

02— shell conduction

若要為壁面啟用shell conduction，請在“壁面邊界條件”對話框中啟用shell conduction選項。然后你可以點擊編輯…按鈕打開shell conduction對話框，在這里可以定義Shell的單個或多個層的屬性。注意，必須為shell的每一層指定非零壁厚。當殼層進行傳導時，ANSYS Fluent不僅要計算法向(求解能量方程時總是要計算法向)壁面的導熱，而且要計算平面的導熱。當能量方程的解被激活時(除了映射交界面)，shell conduction選項將出現在墻對話框中。ANSYS Fluent的shell conduction可串行或并行讀取。

重要提示:注意shell conduction模型有幾個限制:

它不能應用于非共形的交界面，包括“map interface；
它不能應用于移動的壁面區域；
它不能用于FMG初始化；
當壁面被設置成通過系統耦合接收熱數據時，shell conduction不可用；
它只在三維狀態下可用；
只有在使用壓力基求解器時，它才可用；
shells不能拆分或合并。如果需要拆分或合并shell，請關閉壁面的shell conduction選項，執行拆分或合并操作，然后為新的壁面區域啟用shell conduction；
shell conduction模型不能用于自適應的壁面區域；
殼體末端的通量不包括在熱平衡報告中。這些通量在ANSYS Fluent求解中得到了正確的計算，而在通量報告中卻沒有得到正確的計算；
不支持shell conduction的壁面與非共形耦合壁面的連接。這樣的接點不會有熱連接，即殼體與交界面網格之間不會有傳熱；
用shell cinduction模型運行并行求解，注意耦合壁面被封裝。如果您在網格劃分中遇到了問題，您可以嘗試更改封裝方法，看看是否能夠解決問題。