對(duì)流換熱
關(guān)注創(chuàng)建者：可不可以 創(chuàng)建時(shí)間：2019-07-30
對(duì)流換熱的視頻教程
Abaqus+Isight對(duì)流換熱系數(shù)及材料參數(shù)優(yōu)化
Abaqus+Isight對(duì)流換熱系數(shù)及材料參數(shù)優(yōu)化 1、詳細(xì)介紹了Abaqus的建模過(guò)程； 2、詳細(xì)介紹了Isight的模型搭建過(guò)程，詳細(xì)介紹如何根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，反演出材料的綜合對(duì)流換熱系數(shù)和材料參數(shù)； 3、基于Abaqus+Isight實(shí)現(xiàn)綜合對(duì)流換熱系數(shù)和材料參數(shù)的優(yōu)化，可推廣到其他模型參數(shù)材料及對(duì)流換熱系數(shù)參數(shù)優(yōu)化； 4、教程附有源文件、PPT及軟件連接。
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熱傳導(dǎo)模擬教程（涉及固體傳熱、對(duì)流換熱、輻射換熱設(shè)置以及后處理操作）
該算例是針對(duì)前面熱傳導(dǎo)模擬算例中，有部分學(xué)員提出關(guān)于一些設(shè)置為何需要那么設(shè)置的講解，該算例以一個(gè)簡(jiǎn)單立方體模型進(jìn)行講解。該模擬中考考慮了固體換熱、輻射換熱、空氣自然對(duì)流換熱等。在該視頻中詳細(xì)講解了從前處理的每一步操作設(shè)置，以及后處理的相關(guān)操作方法，并附帶有相關(guān)的講解。通過(guò)該案例，將有助于ABAQUS軟件學(xué)習(xí)者掌握傳熱模擬的基本設(shè)置。
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基于fluent汽車(chē)TWC自然對(duì)流換熱仿真（無(wú)聲視頻）
視頻為無(wú)聲教程，但對(duì)流換熱四個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)在視頻中用word予以反復(fù)展示，在操作中也逐一演示，后期可以qq進(jìn)行后續(xù)交流。
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對(duì)流換熱的實(shí)例教程
對(duì)流換熱是指發(fā)生于運(yùn)動(dòng)流體和固體壁面之間的熱交換現(xiàn)象。
對(duì)流換熱強(qiáng)度由牛頓冷卻定律來(lái)確定：
qs=h(T。-Trer)(1)
式中，qs為熱流密度，h為對(duì)流換熱系數(shù)，T為固體壁面溫度，Trer為運(yùn)動(dòng)流體的特征溫度(參考溫度)。
在上述公式中，熱流密度和溫差之間呈現(xiàn)一個(gè)簡(jiǎn)單的線性關(guān)系，但是，在真實(shí)的對(duì)流換熱中，由于壁面處的流動(dòng)處處不同，造成q和h在壁面的分布也不相同。更為重要的是，對(duì)流換熱系數(shù)的定義必須依賴于給定的參考溫度，因此，對(duì)于相同的熱流密度來(lái)說(shuō)，存在多種對(duì)流換熱系數(shù)和參考溫度的組合。
傳統(tǒng)上，換熱系數(shù)數(shù)據(jù)來(lái)源于實(shí)驗(yàn)。但是，邊界層理論(位于表面附近的流體層，其中粘度和導(dǎo)熱的影響占主導(dǎo)地位)的發(fā)展使得我們能夠用分析的方法計(jì)算對(duì)流換熱系數(shù)。因此，在STAR-CCM中，使用邊界層理論來(lái)計(jì)算對(duì)流換熱系數(shù)。因此，在 STAR-CCM+中，模擬對(duì)流換熱系數(shù)的概念核心來(lái)源于標(biāo)準(zhǔn)壁面函數(shù)( standard wall！function，SWF)，熱流密度的公式為
公式中的參數(shù)解釋如下：
聯(lián)立公式(1)和(2)即可求得對(duì)流換熱系數(shù)。對(duì)流換熱系數(shù)總是與參考溫度成對(duì)出現(xiàn)的，不能只說(shuō)對(duì)流換熱系數(shù)而不說(shuō)明參考溫度。標(biāo)準(zhǔn)壁面函數(shù)(SWF)是一組半經(jīng)驗(yàn)函數(shù)，用于描述近壁區(qū)域(邊界層)中的流動(dòng)現(xiàn)象。該模型使用層流/湍流 Randt數(shù)、無(wú)量綱近壁面速度、湍流能量來(lái)描述T和α
在本節(jié)中，我們討論關(guān)于準(zhǔn)確使用SWF和上述內(nèi)置后處理傳熱系數(shù)的建議，但重申STAR-CCM+總是使用公式(2)來(lái)求解表面局部熱通量。這個(gè)表達(dá)式體現(xiàn)了重要的邊界層概念，
用戶需要遵循建議以確保其正確應(yīng)用該模型。
展開(kāi) 對(duì)流換熱系數(shù)表征了流體與固體表面之間的換熱能力。比如說(shuō)，物體表面與附近空氣溫差1℃，單位時(shí)間單位面積上通過(guò)對(duì)流與附近空氣交換的熱量。單位為W/(m^2·℃)。表面對(duì)流換熱系數(shù)的數(shù)值與換熱過(guò)程中流體的物理性質(zhì)、換熱表面的形狀、部位、表面與流體之間的溫差以及流體的流速等都有密切關(guān)系。物體表面附近的流體的流速愈大，其表面對(duì)流換熱系數(shù)也愈大。如人處在風(fēng)速較大的環(huán)境中，由于皮膚表面的對(duì)流換熱系數(shù)較大，其散熱（或吸熱）量也較大。對(duì)流換熱系數(shù)可用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，通常用巴茲公式計(jì)算。
對(duì)流換熱系數(shù)的基本計(jì)算公式由牛頓于1701年提出，又稱牛頓冷卻定律。牛頓指出，流體與固體壁面之間對(duì)流傳熱的熱流與它們的溫度差成正比，即：
q = h*(tw-t∞)
Q = h*A*(tw-t∞)=q*A
式中：
q為單位面積的固體表面與流體之間在單位時(shí)間內(nèi)交換的熱量，稱作熱流密度，單位W/m^2；
tw、t∞分別為固體表面和流體的溫度，單位K；
A為壁面面積，單位m^2；
Q為面積A上的傳熱熱量，單位W；
h稱為表面對(duì)流傳熱系數(shù)，單位W/(m^2·K)。
對(duì)流換熱系數(shù)h的物理意義是：當(dāng)流體與固體表面之間的溫度差為1K時(shí)， 1m*1m壁面面積在每秒所能傳遞的熱量。h的大小反映對(duì)流換熱的強(qiáng)弱。
如上所述，h與影響換熱過(guò)程的諸因素有關(guān)，并且可以在很大的范圍內(nèi)變化，所以牛頓公式只能看作是傳熱系數(shù)的一個(gè)定義式。它既沒(méi)有揭示影響對(duì)流換熱的諸因素與h之間的內(nèi)在聯(lián)系,也沒(méi)有給工程計(jì)算帶來(lái)任何實(shí)質(zhì)性的簡(jiǎn)化，只不過(guò)把問(wèn)題的復(fù)雜性轉(zhuǎn)移到傳熱系數(shù)的確定上去了。因此，在工程傳熱計(jì)算中，主要的任務(wù)是計(jì)算h。計(jì)算傳熱系數(shù)的方法主要有實(shí)驗(yàn)求解法、數(shù)學(xué)分析解法和數(shù)值分析解法。
影響對(duì)流傳熱強(qiáng)弱的主要因素有：
1. 對(duì)流運(yùn)動(dòng)成因和流動(dòng)狀態(tài)；
2. 流體的物理性質(zhì)（隨種類、溫度和壓力而變化）；
3.
展開(kāi) 當(dāng)放電深度大于0.8時(shí)，通過(guò)溫度仿真曲線可以看出4 A仿真與實(shí)際溫度誤差值為負(fù)，而5 A仿真與實(shí)際溫度誤差為正；同時(shí)此區(qū)間內(nèi)5 A絕對(duì)誤差高于4 A，因而導(dǎo)致5 A修正估算數(shù)值高于4 A對(duì)流換熱系數(shù)。
05
結(jié)論
基于電池實(shí)驗(yàn)測(cè)定和電池簡(jiǎn)化模型，采用基礎(chǔ)發(fā)熱模型描述了單電池生熱速率。通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到單電池溫度及電阻參數(shù)；通過(guò)公式編寫(xiě)了內(nèi)核及對(duì)流換熱系數(shù)UDF模型。基于18650型單體鋰離子電池三維數(shù)值模型，研究了單體鋰離子電池在恒溫環(huán)境自定義熱源下，對(duì)流換熱系數(shù)的變化。通過(guò)實(shí)驗(yàn)及仿真計(jì)算分析得出以下結(jié)論：
(1)對(duì)三組電池進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試，測(cè)得電池恒溫放電工況下的實(shí)際放電溫度、內(nèi)阻、容量及能量，測(cè)試結(jié)果表明，放電電流越大電池平均阻值就越高；放電電流越高其生熱率越大，電池溫升也就越高；
(2)以測(cè)試值構(gòu)建了單體鋰離子電池的生熱源，根據(jù)實(shí)際溫度值，通過(guò)仿真估算得出對(duì)流換熱系數(shù)，結(jié)果表明，在環(huán)境溫度為27 ℃時(shí)，電池對(duì)流換熱系數(shù)隨著放電深度的提高而增加，放電電流越大放電后期對(duì)流換熱系數(shù)越高，此結(jié)果仿真出的電池溫度誤差精度均小于5%；
(3)仿真結(jié)果與實(shí)驗(yàn)對(duì)比分析結(jié)果較好地體現(xiàn)了單體鋰離子電池在相同溫度、不同放電電流下的生熱變化情況，所確立的單體鋰離子電池對(duì)流換熱系數(shù)，對(duì)后續(xù)電池成組熱分析具有參考價(jià)值。
參考文獻(xiàn)：
[1] BERNARDI D, NEWMAN J, PAWLIKOWSKI E. A general energy balance forbattery systems[J]. J Electrochem Soc, 1985, 132(1):5-10.
[2] CHEN S C, WAN C C, WANG Y Y.
展開(kāi) 1 對(duì)流換熱系數(shù)是個(gè)啥
我們都知道，換熱有三種方式：熱對(duì)流、熱傳導(dǎo)和熱輻射。對(duì)流換熱系數(shù)，顧名思義就是表征熱對(duì)流方式中，流體和固體間傳熱能力的一個(gè)值。說(shuō)是系數(shù)，它可不是無(wú)量綱的。
對(duì)流換熱系數(shù)在結(jié)冰里能干啥呢？看一看結(jié)冰能量方程就會(huì)發(fā)現(xiàn)，對(duì)流換熱系數(shù)在摩擦、蒸發(fā)、升華等各個(gè)項(xiàng)里都起作用。一言以蔽之，對(duì)流換熱系數(shù)在結(jié)冰里是用來(lái)求解能量方程的。
2 對(duì)流換熱系數(shù)怎么算？
我們前面還提到，要調(diào)研分析，總結(jié)共性和異性。這里我們就來(lái)做一做。
總的來(lái)說(shuō)，對(duì)流換熱系數(shù)的計(jì)算可以分成兩類辦法，一類是簡(jiǎn)單明了，帶有經(jīng)驗(yàn)性質(zhì)的。另一類是復(fù)雜玄幻，同樣帶有經(jīng)驗(yàn)性質(zhì)的。
簡(jiǎn)單的
復(fù)雜的
仔細(xì)研究就能發(fā)現(xiàn)，這個(gè)簡(jiǎn)單的辦法，沒(méi)有復(fù)雜的公式嵌套和微積分運(yùn)算。這個(gè)復(fù)雜的就是公式套公式，積分又積分
我們多數(shù)人都有這樣的幻覺(jué)，仿佛越復(fù)雜精密的理論出來(lái)的結(jié)果就會(huì)越準(zhǔn)。我自己在做這個(gè)部分的時(shí)候，開(kāi)始也是如此想。
但是一旦去使用那個(gè)復(fù)雜方法就會(huì)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題很多，很多地方不明確，出來(lái)的結(jié)果很怪異。看似精密，其實(shí)我研究過(guò)的文獻(xiàn)都沒(méi)把這個(gè)事情講清楚，甚至連一些關(guān)鍵參數(shù)，大家用的還有差別。
后來(lái)我決定，拿LEWICE的換熱系數(shù)結(jié)果和這兩個(gè)方法比比，看看究竟如何。
結(jié)論是：兩個(gè)都不準(zhǔn)！！要非說(shuō)誰(shuí)好一點(diǎn)，還是那個(gè)簡(jiǎn)單方法更好一點(diǎn)。
展開(kāi) Flotherm軟件可根據(jù)定義邊界條件，計(jì)算表面對(duì)流換熱，具體查看方法：
在后處理Table中的Geometry模塊，然后勾選Solid Conductors，在其中的Cuboid Fluxes就能看查看關(guān)注對(duì)象的對(duì)流換熱系數(shù)。
對(duì)流換熱的相關(guān)專題、標(biāo)簽、搜索
對(duì)流換熱的最新內(nèi)容
考慮熱源的瞬態(tài)熱傳導(dǎo)有限元求解器7小時(shí)前
驗(yàn)證
設(shè)計(jì)案例如下，區(qū)域外部為20℃空氣，對(duì)流換熱系數(shù)取5W/(m2K)，時(shí)間總長(zhǎng)18000s，每步時(shí)間間隔60s。
自研求解器得到模型中心最終溫度是84.6℃，與商用軟件結(jié)果完全一致。云圖和中心點(diǎn)溫度歷程如下：
自研求解器結(jié)果：最終溫度分布
商用軟件結(jié)果：最終溫度分布
自研求解器結(jié)果：中心溫度時(shí)間曲線
商用軟件結(jié)果：中心溫度時(shí)間曲線
瞬態(tài)熱傳導(dǎo)有限元求解器開(kāi)發(fā)3個(gè)月前
（2） 已知邊界對(duì)流換熱系數(shù)和接觸環(huán)境溫度，也屬于第二類邊界條件。這個(gè)邊界條件在處理的時(shí)候，需要進(jìn)行拆分，一部分放到左側(cè)單元矩陣，一部分作為右側(cè)的載荷。
有限元思路
這部分在結(jié)構(gòu)有限元教材中介紹的比較多，流程：
（1） 根據(jù)單元類型，確定插值函數(shù)。此時(shí)單元溫度用權(quán)函數(shù)表達(dá)。
（2） 采用伽遼金方法，權(quán)函數(shù)=插值函數(shù)，控制方程與權(quán)函數(shù)相乘，積分取0。
晶圓底部溫度設(shè)定為50℃，頂部采用自然對(duì)流換熱系數(shù)（HTC）。
注意：要導(dǎo)出溫度圖，用戶需要使用Icepak的“Write Thermal Loads”ACT擴(kuò)展。
步驟 2：在INTERCONNECT中進(jìn)行Circuit仿真
在INTERCONNECT中，WDM傳輸鏈路被用作測(cè)試平臺(tái)。INTERCONNECT導(dǎo)入上一步生成的溫度分布圖，并使用腳本在晶圓上分配WDM系統(tǒng)。
ANSYS的熱分析模塊如何選擇使用，太多了，不知道怎么選4個(gè)月前
主要分為兩類：
? CFD流體類（CFX、Fluent、Icepak），
? 熱路傳導(dǎo)類（Steady thermal、Thermal-Electric）
區(qū)別就是CFD類會(huì)自動(dòng)計(jì)算發(fā)熱物體表面的對(duì)流換熱系數(shù)和輻射損耗，而Thermal 類只能手動(dòng)輸入對(duì)流換熱系數(shù)。
例如某新能源學(xué)員完成電池包熱應(yīng)力仿真后，講師對(duì)比其企業(yè)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)仿真的殼體最大應(yīng)力值比實(shí)驗(yàn)值低12%，隨即指導(dǎo)學(xué)員修正“對(duì)流換熱系數(shù)設(shè)置（從10W/(m2·K)調(diào)整為12W/(m2·K)）”，直至結(jié)果達(dá)標(biāo)。
以動(dòng)力電池快充熱仿真培訓(xùn)為例，講師會(huì)完全復(fù)刻企業(yè)研發(fā)流程，帶領(lǐng)學(xué)員從模型簡(jiǎn)化（刪除非關(guān)鍵倒角、小孔等特征，減少網(wǎng)格量30%，提升仿真效率）、網(wǎng)格劃分（結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格占比優(yōu)化至80%，嚴(yán)格控制網(wǎng)格質(zhì)量指標(biāo)Aspect Ratio≤5，確保計(jì)算精度），到邊界條件設(shè)置（根據(jù)企業(yè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)反推對(duì)流換熱系數(shù)h=10W/(m2?K)，避免理論值與實(shí)際偏差），再到仿真結(jié)果解讀（通過(guò)溫度場(chǎng)云圖精準(zhǔn)定位極耳熱熱點(diǎn)溫度達(dá)68
推薦 | Ansys渠道合作伙伴11月活動(dòng)一覽6個(gè)月前
培訓(xùn)內(nèi)容：
1、Ansys Fluent傳熱模塊介紹
1.1簡(jiǎn)介
1.2熱傳導(dǎo)
1.3強(qiáng)制對(duì)流
1.4自然對(duì)流
2、Ansys Fluent傳熱模塊案例演示
2.1熱傳導(dǎo)
2.2對(duì)流換熱
時(shí)間：11月18日 ，9:00-11:00
合作伙伴：上海恒士達(dá)科技有限公司
地點(diǎn)：線上
費(fèi)用： 免費(fèi)
立即報(bào)名
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其二，實(shí)戰(zhàn)化教學(xué)模式確保“學(xué)完即能用”：學(xué)員需提交企業(yè)真實(shí)項(xiàng)目的3D模型、材料參數(shù)及工況數(shù)據(jù)，講師將這些實(shí)際數(shù)據(jù)融入每一個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，從模型簡(jiǎn)化（刪除非關(guān)鍵特征以提升仿真效率）、網(wǎng)格劃分（結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格占比優(yōu)化至80%以上）、邊界條件設(shè)置（結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)反推對(duì)流換熱系數(shù)）到結(jié)果解讀，全程復(fù)刻企業(yè)真實(shí)工作流程。
）→提交求解→解讀結(jié)果（應(yīng)力云圖、變形量數(shù)據(jù)提取）”，每一步都標(biāo)注重點(diǎn)注意事項(xiàng)（如“設(shè)置對(duì)流換熱系數(shù)時(shí)，需根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)反推，避免直接套用理論值導(dǎo)致結(jié)果偏差”）。
二、試錯(cuò)成本：從“5-8次試錯(cuò)”到“1次成功”，降低90%資源浪費(fèi)
Ansys熱仿真對(duì)參數(shù)設(shè)置、網(wǎng)格質(zhì)量要求極高，哪怕一個(gè)微小偏差（如液冷板對(duì)流換熱系數(shù)設(shè)置錯(cuò)誤、網(wǎng)格Aspect Ratio超標(biāo)），都可能導(dǎo)致計(jì)算幾天不收斂，或結(jié)果與實(shí)驗(yàn)嚴(yán)重不符，造成人力、算力資源的巨大浪費(fèi)。
