ansys 對流換熱的案例
star-ccm+管內(nèi)換熱知識之關(guān)于對流換熱系數(shù)的解釋
對流換熱是指發(fā)生于運(yùn)動流體和固體壁面之間的熱交換現(xiàn)象。
對流換熱強(qiáng)度由牛頓冷卻定律來確定：
qs=h(T。-Trer)(1)
式中，qs為熱流密度，h為對流換熱系數(shù)，T為固體壁面溫度，Trer為運(yùn)動流體的特征溫度(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)簡單的線性關(guān)系，但是，在真實(shí)的對流換熱中，由于壁面處的流動處處不同，造成q和h在壁面的分布也不相同。更為重要的是，對流換熱系數(shù)的定義必須依賴于給定的參考溫度，因此，對于相同的熱流密度來說，存在多種對流換熱系數(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)算對流換熱系數(shù)。因此，在STAR-CCM中，使用邊界層理論來計(jì)算對流換熱系數(shù)。因此，在 STAR-CCM+中，模擬對流換熱系數(shù)的概念核心來源于標(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)即可求得對流換熱系數(shù)。對流換熱系數(shù)總是與參考溫度成對出現(xiàn)的，不能只說對流換熱系數(shù)而不說明參考溫度。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)中的流動現(xiàn)象。該模型使用層流/湍流 Randt數(shù)、無量綱近壁面速度、湍流能量來描述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 對流換熱系數(shù)
對流換熱系數(shù)表征了流體與固體表面之間的換熱能力。比如說，物體表面與附近空氣溫差1℃，單位時(shí)間單位面積上通過對流與附近空氣交換的熱量。單位為W/(m^2·℃)。表面對流換熱系數(shù)的數(shù)值與換熱過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，由于皮膚表面的對流換熱系數(shù)較大，其散熱（或吸熱）量也較大。對流換熱系數(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稱為表面對流傳熱系數(shù)，單位W/(m^2·K)。
對流換熱系數(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的大小反映對流換熱的強(qiáng)弱。
如上所述，h與影響換熱過程的諸因素有關(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。它既沒有揭示影響對流換熱的諸因素與h之間的內(nèi)在聯(lián)系,也沒有給工程計(jì)算帶來任何實(shí)質(zhì)性的簡化，只不過把問題的復(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。
影響對流傳熱強(qiáng)弱的主要因素有：
1. 對流運(yùn)動成因和流動狀態(tài)；
2. 流體的物理性質(zhì)（隨種類、溫度和壓力而變化）；
3.
展開 波紋板的對流換熱數(shù)值仿真 ￥800
波紋板是一種具有波浪狀結(jié)構(gòu)的金屬板，在對流換熱中具有重要的應(yīng)用。波紋板的波浪狀形態(tài)可以增加其表面積，提高熱傳導(dǎo)效率和對流換熱效果。本案例建立了一簡化二維模型，基于COMSOL軟件的熱-流耦合相關(guān)模塊，數(shù)值仿真得到對流換熱后的溫度場和速度場分布，如圖所示：
感興趣的朋友，歡迎合作交流！
【AICFD案例教程】IGBT對流換熱分析
AICFD是由天洑軟件自主研發(fā)的通用智能熱流體仿真軟件，用于高效解決能源動力、船舶海洋、電子設(shè)備和車輛運(yùn)載等領(lǐng)域復(fù)雜的流動和傳熱問題。軟件涵蓋了從建模、仿真到結(jié)果處理完整仿真分析流程，幫助工業(yè)企業(yè)建立設(shè)計(jì)、仿真和優(yōu)化相結(jié)合的一體化流程，提高企業(yè)研發(fā)效率。
一、概 要
1）案例描述
本案例針對功率模塊進(jìn)行流熱固耦合仿真。
① 模型簡化：選取整個(gè)模型1/6，基板下側(cè)增加水冷盤管和水路；
② 載荷：考慮芯片(每塊體積為25.35 mm^3)的產(chǎn)生的焦耳熱，總功耗均分到每個(gè)芯片中，施加體積熱源。案例最后可查看溫度分布和速度流線圖。
③ 邊界條件：水側(cè)對流換熱，入口速度8m/s。
2）網(wǎng)格
一階四面體網(wǎng)格，單元數(shù)8779036，節(jié)點(diǎn)數(shù)2233260。
圖1-1 網(wǎng)格模型
二、網(wǎng) 格
1）新建工程
① 啟動AICFD 2023R2；
② 選擇 文件>新建，新建工程，選擇工程文件路徑，設(shè)置工程文件名，點(diǎn)擊“確定”。
圖2-1 AICFD窗口
圖2-2 新建工程
2）網(wǎng)格導(dǎo)入
單擊菜單欄網(wǎng)格>導(dǎo)入網(wǎng)格，導(dǎo)入外部生成的計(jì)算域網(wǎng)格。
圖2-3 網(wǎng)格導(dǎo)入
3）網(wǎng)格質(zhì)量檢查
單擊菜單欄 網(wǎng)格>網(wǎng)格質(zhì)量，檢查網(wǎng)格質(zhì)量。
圖2-4 網(wǎng)格質(zhì)量檢查
三、求解設(shè)置
1）求解模型
雙擊 求解>求解模型，設(shè)置湍流模型。本案例為穩(wěn)態(tài)計(jì)算，采用不可壓縮流，湍流模型采用Standardk-epsilon模型。
展開 
Tips--FloTherm查看對流換熱系數(shù)
Flotherm軟件可根據(jù)定義邊界條件，計(jì)算表面對流換熱，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)注對象的對流換熱系數(shù)。
基于comsol的多隔層對流換熱
基于comsol的多隔層對流換熱
傳熱計(jì)算-空腔自然對流換熱 ￥10
內(nèi)部介質(zhì)為空氣，在溫度影響下產(chǎn)生自然對流。
圖 1 幾何模型
2 劃分網(wǎng)格
上下邊界劃分300個(gè)節(jié)點(diǎn)，左右邊界劃分30個(gè)節(jié)點(diǎn)，共生成9000個(gè)四邊形網(wǎng)格。
邊界命名
3 設(shè)置邊界條件
設(shè)置重力加速度為-9.81m/s2，添加空氣相關(guān)參數(shù)。
原文檔在附件里，自行下載。
Spring-ICE 結(jié)冰算法述評-（5）對流換熱系數(shù)計(jì)算
1 對流換熱系數(shù)是個(gè)啥
我們都知道，換熱有三種方式：熱對流、熱傳導(dǎo)和熱輻射。對流換熱系數(shù)，顧名思義就是表征熱對流方式中，流體和固體間傳熱能力的一個(gè)值。說是系數(shù)，它可不是無量綱的。
對流換熱系數(shù)在結(jié)冰里能干啥呢？看一看結(jié)冰能量方程就會發(fā)現(xiàn)，對流換熱系數(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，對流換熱系數(shù)在結(jié)冰里是用來求解能量方程的。
2 對流換熱系數(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。這里我們就來做一做。
總的來說，對流換熱系數(shù)的計(jì)算可以分成兩類辦法，一類是簡單明了，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。
簡單的
復(fù)雜的
仔細(xì)研究就能發(fā)現(xiàn)，這個(gè)簡單的辦法，沒有復(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，仿佛越復(fù)雜精密的理論出來的結(jié)果就會越準(zhǔn)。我自己在做這個(gè)部分的時(shí)候，開始也是如此想。
但是一旦去使用那個(gè)復(fù)雜方法就會發(fā)現(xiàn)問題很多，很多地方不明確，出來的結(jié)果很怪異。看似精密，其實(shí)我研究過的文獻(xiàn)都沒把這個(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)！！要非說誰好一點(diǎn)，還是那個(gè)簡單方法更好一點(diǎn)。
展開 仿真模型 | 圓柱鋰電池表面自然對流換熱系數(shù)仿真估算
優(yōu)化目標(biāo)：MinimizeX
設(shè)計(jì)變量：X={x1,x2, x3, x4,x5, x6, x7,x8, x9, x10}
式中：x1~x10是將放電深度分為10個(gè)區(qū)間下的對流換熱系數(shù)。
4.2 電池計(jì)算模型確定
在模擬恒溫環(huán)境下鋰離子電池不同放電情況下的熱場時(shí)，需將電池置于一個(gè)較大的空氣域區(qū)間，該空氣域區(qū)間是100 mm×100 mm×200 mm。圖7(a)為鋰電池幾何計(jì)算模型，包含正極、負(fù)極、內(nèi)核、空氣域，采用自動網(wǎng)格劃分，電池區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格細(xì)化處理，所得有限元網(wǎng)格細(xì)化模型如圖7(b)所示，網(wǎng)格單元有267 726個(gè)。仿真通過ANSYS中Fluent軟件進(jìn)行瞬態(tài)求解，模擬環(huán)境溫度均設(shè)置為27 ℃，求解采用SIMPLE算法。
4.3 結(jié)果分析
為了驗(yàn)證仿真模型的可靠性，需要對仿真數(shù)據(jù)結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析：
(1)由圖8可以看出，實(shí)測溫度曲線與仿真溫度曲線基本一致，不同放電電流下的誤差均在1 ℃以下，最高絕對誤差只有0.659 4 ℃，誤差精度均小于5%，符合目標(biāo)設(shè)定要求；
(2)從表2中數(shù)據(jù)可知，對流換熱系數(shù)隨著放電深度的增大而增加；放電電流越大，對流換熱系數(shù)增加速率呈上升趨勢。
當(dāng)放電深度小于0.3時(shí)，電流3 A的對流換熱系數(shù)明顯高于4和5 A。這是由于放電初始，電池表面溫度與環(huán)境溫度差值最小，通過式(9)可以看出對流換熱系數(shù)與溫度差呈負(fù)相關(guān)；
因此在放電初始，放電倍率越高，對流換熱系數(shù)反而越低，而隨著放電時(shí)間的增加，電池由原來的吸熱轉(zhuǎn)變?yōu)榉?em>熱狀態(tài)，熱量散發(fā)加劇，與周邊對流熱交換增高。
展開 「CFD案例-Fluent」23 固體圓柱自然對流換熱二維瞬態(tài)分析
本案例在ANSYS2019R3中演示了如何利用Fluent進(jìn)行固體圓柱自然對流換熱二維瞬態(tài)CFD仿真。首先于DesignModeler中建立幾何模型，接著導(dǎo)入ANSYS Mesh進(jìn)行網(wǎng)格劃分，并進(jìn)行命名邊界條件，然后利用Fluent進(jìn)行求解，最后在CFD-POST中進(jìn)行后處理。案例基于2D、瞬態(tài)求解。
一
案例模型
二
Workbench設(shè)置
▼ 將Fluid Flow(Fluent)拖入右邊空白界面。
▼ 以DesignModeler方式打開Geometry。
模型建立完畢，轉(zhuǎn)入ANSYS Mesh，網(wǎng)格劃分。
三
Fluent設(shè)置
▼ 打開Fluent登錄界面進(jìn)行設(shè)置。
展開 ANSYS APDL熱分析--換熱器熱膨脹分析(附命令流)
1.項(xiàng)目背景
蒸汽發(fā)生器排污熱交換器充分利用余熱、完成熱量轉(zhuǎn)換的試驗(yàn)裝置，求結(jié)構(gòu)完整性有著至關(guān)重要的意義，而高溫下軸向的熱膨脹是導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失效的主要原因之一，因而計(jì)算器熱膨脹量至關(guān)重要。
2.項(xiàng)目目的
利用ANSYS軟件，建立蒸汽發(fā)生器排污換熱器梁單元三維模型，對其在設(shè)計(jì)溫度下的熱膨脹量進(jìn)行計(jì)算，為后續(xù)驗(yàn)證換熱器裝置的結(jié)構(gòu)完整性提供依據(jù)。
3.理論計(jì)算
熱膨脹量理論計(jì)算公式：
?L=α??T?L
其中：α為熱膨脹系數(shù)，△T為溫差，L為管道計(jì)算長度
在本實(shí)例中，溫差△T：管側(cè)為310℃；殼側(cè)為268℃
α：12e-6 mm/mm·℃；
L：管側(cè)為1500mm；殼側(cè)為800mm
計(jì)算得軸向熱膨脹量：
?L=310?12e-6?1500+268?12e-6?800=8.153mm
4.計(jì)算輸入
熱膨脹分析時(shí)，僅需要加溫度載荷，同時(shí)將框架底部固定約束即可。
展開 
ANSYS Fluent案例解析_共軛換熱
◆流體求解器能夠求解流體對流、傳導(dǎo)、輻射傳熱，對于固體傳熱計(jì)算，只能求解熱傳導(dǎo)方程。
問：為什么使用CHT？
◆如果只關(guān)心流體區(qū)域與固體壁面之間的傳熱，不涉及固體壁面內(nèi)的導(dǎo)熱，這僅是一個(gè)對流換熱問題，不涉及耦合換熱。
◆當(dāng)我們對流體域中含有固體材料的溫度分布感興趣時(shí)，可以使用conjugate heat transfer（CHT）進(jìn)行數(shù)值模擬。
Ansys Fluent TUI系列教程實(shí)例2-排氣歧管流動和換熱 ￥58
<p><strong>1、實(shí)例簡介</strong></p><p> 本實(shí)例對排氣歧管內(nèi)的流場和溫度場進(jìn)行模擬。模型尺寸如下:</p><p class="ql-align-center"><img src="https://img.jishulink.com/202601/imgs/bc4ce603b3394cdd9f3974f7a94be2cf.png" height="341" width="539"></p><p>（1）、已知參數(shù)</p><p> 坐標(biāo)原點(diǎn):位移上圖紅色入口后方的螺栓孔中心，x軸沿三個(gè)進(jìn)口的中心，y軸向上，z軸向內(nèi)。</p><p> 上面三個(gè)進(jìn)口：溫度925k,速度10m/s,尺寸46mm*46mm</p><p> 下面一個(gè)出口：壓力出口，表壓0Pa,尺寸44mm*57mm</p><p>（2）、待求參數(shù):</p><p>整體及局部的流場、溫度場。</p><p><strong>2、文檔說明</strong></p><p>（1）、從本示例開始，命令的逐行注釋不再使用漢字“注”，而是改用TUI的注釋符號“；”（由于在記事本中很難區(qū)分中文分號；和英文分號;如果TUI提示“invalid command [?????????????]”請檢查是否使用了英文分號！！！）。</p><p>（2）、從本示例開始，所有TUI命令中會加入版本兼容命令/file/set-tui-version"20.2" (加入該命令后可以確保TUI命令能在新版本的Fluent中正常運(yùn)行，對本示例來說， 可以在Fluent2020R2以后的版本中正常運(yùn)行)。</p><p>3、使用說明</p><p><span style
展開 ANSYS教學(xué)視頻| Mapping技術(shù)助力Fluent輕松解決Underhood共軛換熱問題
視頻內(nèi)容：
發(fā)動機(jī)艙內(nèi)大量的復(fù)雜結(jié)構(gòu)件給工程師進(jìn)行熱管理仿真帶來了很大的挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)的基于流體-結(jié)構(gòu)網(wǎng)格共節(jié)點(diǎn)的求解方式存在網(wǎng)格生成難度大，網(wǎng)格量不容易控制等問題，本視頻介紹了基于FLUENT最新的Mapping技術(shù)，工程師可以分別生成結(jié)構(gòu)網(wǎng)格及流體網(wǎng)格，僅通過指定界面Mapping關(guān)系即可完成復(fù)雜結(jié)構(gòu)的共軛換熱分析，大大提高了發(fā)動機(jī)艙及整車熱管理分析的效率。
建議在wifi環(huán)境下觀看
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使用GB151-2014《熱交換器》附錄C規(guī)范計(jì)算換熱器流體誘發(fā)振動情況并使用ANSYS 16.2校核固有頻率結(jié)果
流體誘發(fā)振動問題是曾在上個(gè)世紀(jì)40年代引起了廣泛的關(guān)注與深入的研究
一般來說是因?yàn)楦咚贇饬鳑_刷某結(jié)構(gòu)（如換熱器的換熱管）因誘發(fā)周期性脫離的卡門渦街引發(fā)的周期性激勵(lì)力與結(jié)構(gòu)耦合所引發(fā)的 過大的耦合效應(yīng)會使得結(jié)構(gòu)發(fā)生振動、疲勞甚至破壞失效
本文所涉及的設(shè)備為擴(kuò)展表面式管翅式熱交換器 其常規(guī)的迎面風(fēng)速為2M/S左右 一般不用校核流體誘發(fā)振動問題 本設(shè)計(jì)的迎面風(fēng)速為4.7米/S 筆者使用最新版GB 151-2014《熱交換器》附錄C 流體誘振動部分的算法經(jīng)過校核后發(fā)現(xiàn) 原設(shè)計(jì)不合格 規(guī)范中規(guī)定的4個(gè)失效條件有3個(gè)滿足 必須更改結(jié)構(gòu) 經(jīng)修改 滿足了要求 結(jié)構(gòu)是安全的 最后還使用Ansys 16.2的模態(tài)分析模塊校核了換熱管的固有頻率 以驗(yàn)證手工計(jì)算結(jié)果
使用GB151-2014《熱交換器》附錄C規(guī)范計(jì)算換熱器流體誘發(fā)振動情況并使用ANSYS 16.2校核固有頻率結(jié)果.pdf
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