FloEFD熱仿真分析之基礎(chǔ)設(shè)置（二）

By CAE白堤

接著上一期的向?qū)гO(shè)置

4、向?qū)?默認(rèn)流體

進(jìn)入默認(rèn)流體窗口，可以更改流體的類型，也可以新建、添加、移除流體物質(zhì)。FloEFD自帶的工程數(shù)據(jù)庫(kù)里的流體類型還是比較全面的，涵蓋了氣體、液體、非牛頓液體、可壓縮液體、真實(shí)氣體、蒸汽和可燃混合物七大類。單擊對(duì)應(yīng)流體前的+可顯示所有可用的流體，列出的流體一般足夠分析使用，如果發(fā)現(xiàn)沒有所需的流體，可以新建流體。以氣體為例，輸入比熱比、分子質(zhì)量、動(dòng)力粘度、比熱和導(dǎo)熱率，即可完成新流體的創(chuàng)建。

流體類型說(shuō)明：

氣體：是指理想氣體，包括高馬赫數(shù)流體。

液體：是指牛頓粘性不可壓縮理想流體，任一點(diǎn)的剪應(yīng)力都同剪切變形速率呈線性關(guān)系的流體。

非牛頓液體：是指不滿足牛頓粘性定律的理想流體，即其剪應(yīng)力與剪切應(yīng)變率之間不是線性關(guān)系的流體。

可壓縮液體：具有可壓縮性的液體，實(shí)際流體都是可壓縮的，然而很多流動(dòng)流體的密度變化很小可以忽略。

真實(shí)氣體：通過(guò)溫度、壓力等多種參數(shù)計(jì)算真實(shí)氣體的行為，適用于氣體接近氣液相變或者高于臨界點(diǎn)時(shí)的情況，此時(shí)分子間力的增加導(dǎo)致理想氣體狀態(tài)方程無(wú)法正確描述氣體行為，但不考慮相變。

蒸汽：即水蒸氣，主要用于分析涉及到水蒸氣及其體積凝結(jié)的工程問(wèn)題和項(xiàng)目流體的物理屬性的相應(yīng)變化，這是種專門預(yù)定義的流體，用戶無(wú)法修改且無(wú)法新建。如果考慮氣體中所含凝結(jié)水蒸氣的問(wèn)題，可以通過(guò)設(shè)置相對(duì)濕度得到目的。

可燃混合物：一般包含燃料和氧化劑，此功能只能用于Advanced CFD，此處不加以討論。

操作：雙擊或者選中后點(diǎn)擊添加流體列表上流體，在項(xiàng)目流體里就會(huì)列出分析中所使用的流體。若選中流體名稱后的復(fù)選框（選中兩個(gè)及以上的流體則為混合物），則該流體設(shè)置為默認(rèn)流體，并會(huì)分配給分析中的所有流體區(qū)域，其他未選中的非默認(rèn)流體可分配給流體子域。

注：允許同一個(gè)項(xiàng)目中分析多大十種不同流體的流動(dòng)，也可以分析流體混合物，但混合物必須是相同類型的流體，如氣體與氣體，不能氣體與液體；針對(duì)不同類型的流體，流體區(qū)域必須要用固體分隔開；非牛頓液體和可壓縮液體只能考慮層流流動(dòng)（下面會(huì)具體介紹）；流體子域的流體只能在項(xiàng)目流體的列表中選取；

操作：針對(duì)流體，還可以指定流特征。流動(dòng)類型有層流、湍流或者層流和湍流三種，可對(duì)應(yīng)選擇所需的流動(dòng)特性。軟件默認(rèn)選擇層流和湍流，會(huì)自動(dòng)進(jìn)行流體流態(tài)的判別，但相應(yīng)的計(jì)算時(shí)間變長(zhǎng)。如果考慮水蒸氣相對(duì)濕度的影響，可選中濕度復(fù)選框。

自然界中的流體流動(dòng)狀態(tài)主要有層流和湍流兩種。層流，顧名思義是指流體在流動(dòng)過(guò)程中各層之間沒有相互摻混。湍流是指流體在流動(dòng)過(guò)程中各層之間相互摻混，并且在垂直于主流流動(dòng)方向上有分速度產(chǎn)生?？赏ㄟ^(guò)計(jì)算雷諾系數(shù)來(lái)判斷，實(shí)際情況下，湍流的情況更多些。另外，對(duì)于自然散熱而言，湍流可增加換熱量，所以可以通過(guò)設(shè)計(jì)小特征來(lái)打亂原來(lái)層流狀態(tài)。

5、向?qū)?默認(rèn)固體

操作：在預(yù)定義固體列表中選擇默認(rèn)固體，只要項(xiàng)目中未指定材料的零部件軟件都是設(shè)置為默認(rèn)固體。如分析所需的材料不包含在內(nèi)，可點(diǎn)擊新建，設(shè)置密度、比熱、熱導(dǎo)率、電導(dǎo)率等。分析中考慮輻射，單擊默認(rèn)固體右邊的輻射透明度設(shè)置，可選擇透明或者不透明。只要分析項(xiàng)目中未指定固體材料組件都賦予默認(rèn)固體屬性。

材料屬性說(shuō)明：

密度、比熱、熱導(dǎo)率和電導(dǎo)率可直接查詢相關(guān)的材料屬性，注意，雖然散熱分析關(guān)鍵是材料的導(dǎo)熱率，但不要忽視比熱的影響，尤其熱源集中或梯度大的情況。當(dāng)材料為各項(xiàng)異性時(shí)，分別設(shè)置各方向的導(dǎo)熱率。

輻射屬性主要是針對(duì)透明、不透明或者半透明材料的區(qū)分?？赏ㄟ^(guò)吸收系數(shù)和折射率確定，透明即對(duì)輻射完全透明，不反射或者吸收任何輻射；不透明對(duì)輻射不透射或吸收；半透明處于兩者之間；

5、向?qū)?壁面條件

操作：選擇默認(rèn)壁面輻射表面的輻射屬性，對(duì)于非透明體，其表面的發(fā)射率是不同。可選擇默認(rèn)的壁面發(fā)射率，對(duì)于室內(nèi)產(chǎn)品，此處建議選擇白體壁面，對(duì)于室外產(chǎn)品，建議選擇黑體壁面，若不參與輻射，則選擇無(wú)輻射。當(dāng)然，分析模型中具體每個(gè)零部件的輻射可以通過(guò)【輻射表面】設(shè)置。另外，可輸入粗糙度具體數(shù)值，可認(rèn)為粗糙的表面能增加壁面的表面積，從而會(huì)增加壁面對(duì)流和輻射熱量。

參數(shù)說(shuō)明：

特殊情況，如果吸收全部輻射，則為黑體（黑體不一定是黑色的，同時(shí)也會(huì)發(fā)出輻射），如果反射所有輻射，則為白體，如果全部透過(guò)，則為透明體。這三種模型都是理想模型，現(xiàn)實(shí)生活中不存在絕對(duì)的黑體、白體或者透明體。黑體輻射的發(fā)射率為1.0，白體輻射的發(fā)射率為0。

粗糙度是應(yīng)用于模型壁面的粗糙度值，由表面上隨機(jī)分布的凹痕的形狀決定，指定粗糙度大小可使壁面更接近真實(shí)壁面。

6、向?qū)?初始條件和環(huán)境條件

參數(shù)定義有用戶定義和傳遞兩種，傳遞是指從已有的FloEFD項(xiàng)目或者結(jié)果文件（.fld）調(diào)入初始條件和環(huán)境條件。用戶定義則需要指定熱動(dòng)力參數(shù)、速度參數(shù)、湍流參數(shù)和固體參數(shù)。

熱動(dòng)力參數(shù)：可選擇壓力、溫度和密度的兩兩組合（如果液體，就只有壓力和溫度），并輸入對(duì)應(yīng)的值，壓力跟海拔有關(guān)，溫度根據(jù)工況而定。一般會(huì)選中壓力勢(shì)后的復(fù)選框，尤其考慮重力效應(yīng)的時(shí)候。

速度參數(shù)：是指分析模型以一定的速度運(yùn)動(dòng)，當(dāng)研究運(yùn)動(dòng)物體時(shí)，可設(shè)置各方向上的速度分量。

湍流參數(shù)：軟件會(huì)自動(dòng)識(shí)別湍流參數(shù)，一般默認(rèn)即可，如僅層流，就無(wú)此項(xiàng)設(shè)置。

固體參數(shù)：指定初始固體溫度的值。

至此，完成了向?qū)У乃性O(shè)置。當(dāng)然，在項(xiàng)目分析過(guò)程中發(fā)現(xiàn)有變化或者考慮不同的工況，可后期在【常規(guī)設(shè)置】里修改。

7、小結(jié)

一個(gè)向?qū)聛?lái)，涉及的理論知識(shí)不少，本人只能稍加解釋。在此過(guò)程中，越來(lái)越覺得理論指導(dǎo)的重要性。軟件的功能是比較全的，也許我們平時(shí)只用其中的一部分功能，其他用的不多的功能至少留點(diǎn)印象，以待不時(shí)之需。

文章作者：白堤，碩士，有限元設(shè)計(jì)圈主編，就職于國(guó)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(guò)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。