FloEFD熱仿真分析之基礎(chǔ)設(shè)置（一）

By CAE白堤

仿真模型準(zhǔn)備好后，就開始進(jìn)入流動(dòng)分析基礎(chǔ)設(shè)置?？傮w上，F(xiàn)loEFD具有較強(qiáng)的仿真分析邏輯性，通過【向?qū)А?、?xiàng)目樹、分析樹功能，能幫助使用者有條不紊地完成仿真分析的任務(wù)。

單擊【向?qū)А浚鱿驅(qū)гO(shè)置窗口。

1、  向?qū)?項(xiàng)目名稱。

設(shè)置項(xiàng)目名稱和注釋（可用來區(qū)分不同分析項(xiàng)目中的變量或者目標(biāo)對(duì)象）。項(xiàng)目配置中配置有使用當(dāng)前、選擇、新建三個(gè)選項(xiàng)，由于窗口中已經(jīng)準(zhǔn)備好需要仿真的模型，所以此處直接設(shè)置使用當(dāng)前。

2、  向?qū)?單位系統(tǒng)

一般選擇與實(shí)際使用最接近的SI（國際單位系統(tǒng)），再按照習(xí)慣調(diào)整所選的單位系統(tǒng)，如，把主要參數(shù)里溫度的單位由K設(shè)置為℃，其他保持可不變。當(dāng)然，還可以新建與自己使用習(xí)慣完全匹配的單位系統(tǒng)，這樣方便以后調(diào)用。

3、  向?qū)?分析類型

本窗口是向?qū)гO(shè)置中的重點(diǎn)之一，如下就是一般室內(nèi)產(chǎn)品自然對(duì)流散熱的設(shè)置要點(diǎn)。

3.1分析類型

分析類型有內(nèi)部和外部區(qū)分。內(nèi)部流動(dòng)分析涉及以固體外表面為邊界的流動(dòng)，如管道內(nèi)、儲(chǔ)罐內(nèi)等相對(duì)比較封閉的空間內(nèi)流動(dòng)。若使用內(nèi)部分析，必須保證模型完全閉合。否則，在使用【檢查模型】時(shí)，出現(xiàn)非水密模型錯(cuò)誤。解決辦法：可通過【泄漏跟蹤】定位模型中實(shí)體之間的間隙和開口，并使用【創(chuàng)建封蓋】來封閉模型開口，直接選擇需要封閉的面，軟件自動(dòng)生成封蓋模型。如果無法選擇封蓋的面，則需要使用三維設(shè)計(jì)軟件來封閉模型。外部流動(dòng)分析是計(jì)算域邊界的流動(dòng)，在此情況下，模型完全被流體包圍，比如，飛機(jī)、汽車、家電等。如同時(shí)分析內(nèi)部和外部的流動(dòng)，則選擇外部分析。

3.2考慮封閉腔

選中復(fù)選款，可以排除對(duì)分析結(jié)果影響較小的不具備流動(dòng)條件的腔（用于內(nèi)部和外部分析中忽略未指定邊界條件的封閉內(nèi)部腔體）或者內(nèi)部空間（用于外部分析中忽略封閉的內(nèi)部空間），以達(dá)到減少復(fù)雜模型的計(jì)算量。

3.3固體內(nèi)熱傳導(dǎo)，

只要涉及固體與流體之間的熱傳遞，就需要選中固體內(nèi)熱傳導(dǎo)復(fù)選框。只有不存在任何流體的時(shí)候，才可以再選中僅固體內(nèi)熱傳導(dǎo)復(fù)選框。

3.4輻射

只要在耦合熱交換分子中涉及到表面輻射，就選中輻射復(fù)選框。在一些強(qiáng)迫散熱的工況下，為了減少計(jì)算量可不進(jìn)行輻射計(jì)算，但此時(shí)仿真的結(jié)果會(huì)偏保守。

輻射模型有離散傳遞、離散坐標(biāo)和蒙特卡羅三種。離散傳遞本質(zhì)就是把沿輻射表面發(fā)散出來的輻射熱量看成一系列射線，又稱為光線追蹤法。主要運(yùn)用于高溫度梯度或者輻射源集中的場(chǎng)合，如白熾燈、火爐、聚焦燈等，但不能仿真吸收或波譜相關(guān)性。離散坐標(biāo)就是以有限數(shù)量的離散立體角求解輻射傳熱，可求解吸收（透明或者半透明）和波譜相關(guān)性的模型，準(zhǔn)確度取決于離散化的級(jí)別，但準(zhǔn)確度相對(duì)其他兩種模型較低。蒙特卡羅實(shí)際是由宏觀級(jí)別的輻射面的行為統(tǒng)計(jì)模型得到，也可仿真介質(zhì)吸收和波譜相關(guān)性準(zhǔn)確度較高，但對(duì)計(jì)算要求較高。

環(huán)境溫度即模型的工況。此處注意不僅考慮產(chǎn)品在標(biāo)準(zhǔn)工況下的環(huán)境溫度，還得考慮最惡劣工況下的環(huán)境溫度。使用在戶外的產(chǎn)品還需要考慮太陽輻射的影響，如戶外機(jī)箱、戶外燈具等，則選中太陽輻射，其定義標(biāo)準(zhǔn)有位置和時(shí)間、方向和強(qiáng)度、方向角和仰角三種，按照位置和時(shí)間定義，需指定位置、緯度日期、時(shí)間等參數(shù)；按照方向和強(qiáng)度定義，需要指定方向矢量和強(qiáng)度；按照方位角和仰角定義，需要設(shè)置仰角Φ、方位角φs和強(qiáng)度。

3.5瞬態(tài)分析

當(dāng)仿真隨時(shí)間變化的分析時(shí)，可選中瞬態(tài)分析，需要設(shè)置分析總時(shí)間和輸出時(shí)間步長，并且相應(yīng)的瞬態(tài)邊界條件使用右下角的相關(guān)性設(shè)置，此外還可以在【計(jì)算控制選項(xiàng)】中修改相關(guān)參數(shù)。此處的時(shí)間都是指具體的物理時(shí)間，區(qū)別于穩(wěn)態(tài)分析隨時(shí)間變化求解的“時(shí)間推進(jìn)”，指的是對(duì)變量進(jìn)行的迭代。

3.6重力

對(duì)于自然對(duì)流的問題，需要將重力效應(yīng)考慮在內(nèi)，則選中重力復(fù)選框，同時(shí)三維中顯示重力的方向，如果與實(shí)際的方向不一致，通過改變相應(yīng)的X、Y、Z分量來定義重力的加速度矢量。

 

3.7旋轉(zhuǎn)

旋轉(zhuǎn)的類型包括全局旋轉(zhuǎn)、局部區(qū)域（均值）和局部區(qū)域（滑移）。選擇全局旋轉(zhuǎn)，模型和全局坐標(biāo)系按照指定的角速度旋轉(zhuǎn)。在動(dòng)靜干涉較弱的情況下，選擇局部區(qū)域（均值），指定模型內(nèi)的多個(gè)局部旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系來模擬不是繞轉(zhuǎn)體的旋轉(zhuǎn)固體周圍區(qū)域的流體流動(dòng)，此方法假設(shè)流場(chǎng)是穩(wěn)態(tài)的，如葉輪、螺旋槳等。在動(dòng)靜干涉較強(qiáng)的情況下，選擇局部區(qū)域（滑移），指定模型內(nèi)的多個(gè)局部旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，此方法假設(shè)流場(chǎng)不穩(wěn)定，且僅可用于瞬態(tài)分析，如，定子與轉(zhuǎn)子。

4、  小結(jié)

如果以上涉及到的部分專業(yè)知識(shí)不了解，那抓緊補(bǔ)下理論知識(shí)?？傊?，熱量傳遞的基本方式：傳導(dǎo)、對(duì)流和輻射三種，一般的散熱設(shè)計(jì)就是綜合利用以上的兩種或者三種方法來達(dá)到預(yù)期的溫升目標(biāo)。

文章作者：白堤，碩士，有限元設(shè)計(jì)圈主編，就職于國內(nèi)某知名企業(yè)，主要從事熱設(shè)計(jì)仿真工作。大佬們都還在努力，更何況自己還只是個(gè)學(xué)習(xí)者。希望通過微信公眾號(hào)拋磚引玉，結(jié)交更多志同道合的朋友。仿真之路漫漫其修遠(yuǎn)矣，我將上下而求索。