Star CCM+基于Thin Film的除霜分析
1.薄膜模型(Thin Film)
薄膜模型提供了一個(gè)簡化的方法,用來模擬艙室擋風(fēng)玻璃內(nèi)部或其它表面的除冰或除霧。
對該模型的限制如下:
Thin Film Model
1)一旦一個(gè)邊界被激活具有了一個(gè)霧或者冰層,那么這個(gè)模擬就必須在瞬態(tài)模式下運(yùn)行;
2)除冰和除霧可能在同一個(gè)Region里,但是不能在同一個(gè)邊界上。
Deicing Model
你不可以使用接觸的邊界,除冰只可以施加在wall邊界上,而且類型必須是對流(convection)或熱流(heat flux)。
Defogging Model
1)除霧只可以施加在wall邊界或者接觸界面上(contact interface),固體/流體;
2)當(dāng)前的飽和蒸汽壓曲線是基于水蒸氣。
2. 除冰模型
當(dāng)薄膜模型激活后,除冰模型就可用了,它是一種簡化的方法來獲得擋風(fēng)玻璃或其它表面上的除冰。
圖中的Deiling節(jié)點(diǎn)包含了材料特性,
主要假設(shè)是:
1)冰層并沒有作為一個(gè)相在體網(wǎng)格中出現(xiàn),但是是通過函數(shù)來模擬的,這樣冰層并不會流動(dòng);
2)模型的模式隱含的假設(shè)了冰周圍的溫度是大于凍結(jié)溫度。如果不是這樣將會導(dǎo)致一些非物理的值(例如,在融點(diǎn)以下的溫度冰可能就開始融化了);
3)先執(zhí)行一個(gè)穩(wěn)態(tài)的計(jì)算來初始化對流流場;
4)熱邊界的最好方法是對流;
5)在瞬態(tài)運(yùn)行中,建議將所有的方程打開,但是可以使用一個(gè)大的時(shí)間步(time-step),因?yàn)楸鶎拥娜诨粫绊懙搅鲌?/font>。
3.除霧模型
當(dāng)薄膜模型激活后,除霧模型就可用了,它是一種簡化的方法來獲得擋風(fēng)玻璃或其它表面上的除霧。
主要的假設(shè)是:
1)霧層并沒有作為一個(gè)相在體網(wǎng)格中出現(xiàn),但是是通過函數(shù)來模擬的,這樣霧層并不會流動(dòng);
2)先執(zhí)行一個(gè)穩(wěn)態(tài)的計(jì)算來初始化對流流場;
3)在瞬態(tài)運(yùn)行中,建議將所有的方程打開,但是可以使用一個(gè)大的時(shí)間步(time-step),因?yàn)殪F層的液化和蒸發(fā)不會影響到流場。
4. 選擇薄膜模型
1)在物理模型選擇對話框里,指定一個(gè)材料模型;
2)選擇合理的流動(dòng)或者固體模型,還有能量模型,這依賴于你是否使用除冰或者除霧模型。如果你使用除冰模型,你可以將其施加到一個(gè)流體或者固體的region上;然而,除霧需要一個(gè)針對流體region的流動(dòng)模型。
5. 操作流程
1)定義穩(wěn)態(tài)求解的流體模型,注意若選用分離求解器則應(yīng)選擇segregated Fluid Temperature來計(jì)算溫度,流體模型中不定義ThinFilm模型;此時(shí)的固體模型不被激活;
2)設(shè)置穩(wěn)態(tài)求解相關(guān)的邊界條件:wall的溫度條件,入口溫度與速度,出口條件;
3)進(jìn)行穩(wěn)態(tài)求解,并保存結(jié)果;
4)在穩(wěn)態(tài)計(jì)算結(jié)果的基礎(chǔ)上,將流體計(jì)算改為隱式非定常;
5)激活固體的計(jì)算模型,設(shè)定固體區(qū)域的物理模型,選用隱式非定常,segregated Solid Energy,Thin Film,Deicing,如下圖示:
6)設(shè)定固體與流體接觸表面的interface;
7)設(shè)定固體外表面(即冰層附著的表面)的邊界條件,在Thin Film Option選項(xiàng)下激活冰層的選項(xiàng),添加冰層的厚度,和換熱系數(shù)(一般選用此選項(xiàng));
8)設(shè)定計(jì)算時(shí)間和時(shí)間步長,時(shí)間步長可設(shè)置的大一些,因?yàn)榱黧w的穩(wěn)態(tài)計(jì)算僅為其添加了溫度場的邊界條件,而不與冰的融化發(fā)生耦合計(jì)算,即冰的融化不會影響其流場;
9)在scalar云圖中可以顯示冰層的厚度,并隨時(shí)間的變化;
10)設(shè)定圖片的更新與輸出,如下圖:
6. 薄壁結(jié)構(gòu)固體區(qū)域的拉伸生成
在生成流體網(wǎng)格的時(shí)候,自動(dòng)生成薄壁固體區(qū)域是極為便捷的方法。
1)選擇網(wǎng)格模型的時(shí)候選擇Extrude;
2)在流體與固體接觸的那個(gè)邊界下設(shè)置拉伸,并選擇創(chuàng)建一個(gè)新的拉伸region。
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