ansys自然對流
關(guān)注創(chuàng)建者：王靖雯 創(chuàng)建時間：2023-03-07
ansys自然對流的視頻教程
comsol電磁感應(yīng)加熱自然對流、強制對流仿真
自然對流與強制對流仿真結(jié)果對比。 4. 后處理磁場云圖分布、溫度云圖分布、流速壓力分布提取。
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輻射和自然對流的模擬
在本教程中，結(jié)合輻射和自然對流求解一個純六面體單元的正方體區(qū)域溫度場。主要技術(shù)點如下： 使用ANSYS Fluent中的面到面(S2S)輻射模型; 設(shè)定包含自然對流和輻射的傳熱問題的邊界條件。
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fluent電機自然對流散熱仿真
講解fluent如何進行自然對流散熱仿真，通過一個電機的二維仿真實例詳細講解 模型如何進行處理 如何設(shè)置邊界條件 如何設(shè)置耦合壁面 如何設(shè)置非一致網(wǎng)格界面 材料設(shè)置 求解器設(shè)置 通過舉一反三，使學(xué)習(xí)者具備各種情況下fluent的自然對流散熱設(shè)置方法
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ansys自然對流的實例教程
自然對流有邊界層嗎？自然對流和強制對流的邊界層厚度怎么計算？
要用Fluent模擬自然對流的速度場和溫度場，想知道各位都添加些什么邊界條件，入口，出口怎么設(shè)置，需要知道哪些參數(shù)？要不要算對流換熱系數(shù)---
參考資料：ANSYS Fluid Dynamics Verification Manual
算例說明
本案例模擬了同心環(huán)形域內(nèi)的自然對流。內(nèi)壁保持在比外壁更高的溫度，從而引起浮力誘導(dǎo)的環(huán)流。
計算域：外環(huán)半徑46.25 mm，內(nèi)環(huán)半徑17.8 mm
物質(zhì)屬性：物質(zhì)密度為不可壓縮理想氣體，粘度為2.081e-5kg/m-s，比熱為1008 J/kg-K，導(dǎo)熱系數(shù)為0.02967 W/m-K
邊界條件：外環(huán)溫度為327 K，內(nèi)環(huán)溫度為373 K
網(wǎng)格劃分
采用矩形網(wǎng)格，網(wǎng)格數(shù)量為1200
計算設(shè)置
本次計算為穩(wěn)態(tài)軸對稱計算，考慮重力影響。
物質(zhì)屬性
計算物質(zhì)設(shè)置密度等參數(shù)
湍流模型
選擇為層流
能量方程
激活能量方程
邊界條件
設(shè)置內(nèi)外壁面的溫度
求解控制
（1）求解方法
（2）松弛因子
計算結(jié)果
計算域云圖展示
溫度云圖
計算值與實驗值對比
對比計算域底部對稱軸位置處溫度值對比
參考文獻
T.H. Kuehn, R.J. Goldstein, “An Experimental Study of Natural Convection Heat
Transfer in Concentric and Eccentric Horizontal Cylindrical Annuli”, Journal of Heat Transfer, Vol 100, pp. 635-640, 1978.
展開 電子散熱冷卻中經(jīng)常采用Boussinesq假設(shè)來計算自然對流散熱，該方法計算速度快，計算穩(wěn)定性高。
本文主要講述采用Boussinesq假設(shè)的自然對流原理、關(guān)鍵點及應(yīng)用條件，下一篇會講述具體的應(yīng)用案例。
為什么要采用Boussinesq假設(shè)？
自然對流主要由于密度受熱變化產(chǎn)生密度差造成，該現(xiàn)象可用如下的可壓縮N-S方程描述。
一方面可以看到該方程是高度非線性的，這種特性會造成求解變得不穩(wěn)定；另一方面可以看到該方程需要求解的變量非常多，包括速度場u、v、w，壓力場p，密度場ρ等，內(nèi)存需求比較大。
Boussinesq假設(shè)即為解決上述問題而產(chǎn)生，當(dāng)然既然是假設(shè)，自然有一些適用前提，Boussinesq假設(shè)氣體密度變化非常小。
Boussinesq假設(shè)在方程中如何表現(xiàn)
好吧，下面講述一些枯燥的理論，即Boussinesq假設(shè)如何在方程中表現(xiàn)。主要分為以下幾步：
1.把氣體密度ρ寫成參考密度項ρ0與由于溫度引起的密度變化項△ρ之和。
根據(jù)假設(shè)，其中△ρ遠小于ρ0。
2.把方程（3）代入上述N-S方程（1）、（2），并得到如下方程。
自然對流中浮力是驅(qū)動力，因此動量方程（5）中的浮力項也是占主導(dǎo)作用，且密度變化△ρ遠小于參考密度ρ0,因此對于瞬態(tài)項、對流項可以忽略△ρ，即
最終簡化為
可以看到此時瞬態(tài)項、對流項的密度已被消去，只剩下浮力項還帶有密度，我們的目標是把浮力項中的密度也消去，這樣方程的非線性、內(nèi)存需求都會降低。
3.浮力項密度可以用溫度代替嗎？帶著這樣一個疑問，在消去浮力項密度之前，首先定義一個名詞：熱膨脹系數(shù)β。
展開 上節(jié)主要說了采用Boussinesq假設(shè)的自然對流基礎(chǔ)理論，本節(jié)會講一下相應(yīng)的Fluent應(yīng)用案例，重點針對Boussinesq假設(shè)相關(guān)的關(guān)鍵設(shè)置詳細說明。
1.設(shè)置要點
首先不說廢話，先概括一下設(shè)置要點。如上節(jié)所述，我們已經(jīng)知道Boussinesq假設(shè)主要針對動量方程的浮力項作了如下處理，這里就引出了三個量：操作密度ρ0、熱膨脹系數(shù)β及操作溫度T0。
那么該設(shè)置要點就是：
（1）勾選重力加速度
（2）設(shè)置操作密度ρ0、熱膨脹系數(shù)β及操作溫度T0。
2.案例概述
本例采用Fluent自帶的驗證算例說明，如下圖所示，一個長寬比為28.6的封閉空腔，上下水平壁面為絕熱壁面，兩個豎直壁面施加不同的壁面溫度，重力加速度為豎直Y方向，空腔內(nèi)發(fā)生湍流自然對流，可以推算空腔內(nèi)溫升并不大（溫升在20%以內(nèi)），適用于Boussinesq假設(shè)。
3.操作流程
（1）進行總體設(shè)置。Steady，Pressure-based求解。由于自然對流是由于重力引起的，因此一定要勾選重力項。
（2）進行模型設(shè)置。因為考慮了溫度變化，打開能量方程；選擇Standard k-ε湍流模型，需要說明的是自然對流選擇層流還是湍流模型并不是根據(jù)雷諾數(shù)進行判斷，而是根據(jù)瑞利數(shù)Ra進行判斷：
層流和湍流的過渡區(qū)間很大，F(xiàn)luent幫助文檔給出Ra=1e8作為參考，認為Ra>1e8時為自然對流湍流，相反為層流，大多數(shù)自然對流都為層流，本例較為特殊。
（3）進行材料屬性關(guān)鍵設(shè)置。進行材料屬性設(shè)置前，首先進行操作溫度T0設(shè)置,操作溫度一般選擇環(huán)境溫度，可以按照下圖原則進行設(shè)置。
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ansys自然對流的最新內(nèi)容
仿真模型
導(dǎo)語
據(jù)悉，為研究鋰離子電池?zé)崽匦詸C理，針對電池表面自然對流換熱系數(shù)展開研究，通過實驗得到了電池基本生熱參數(shù)并以此建立了單體鋰離子電池生熱模型，仿真分析了恒溫條件下不同放電電流的表面自然對流換熱系數(shù)。
鋰離子電池因其高比能量特性而被廣泛應(yīng)用于電動乘用車輛，其使用壽命受到自放電率、溫度等因素的制約。
研究發(fā)現(xiàn)，鋰離子電池舒適溫度需要控制在
根據(jù)用戶們向Ansys流體技術(shù)團隊反饋的在自然對流冷卻仿真過程中存在的問題，Ansys工程師做了系統(tǒng)的解答匯總。以下知識點雖然都是在Fluent中進行實現(xiàn)，但方法是普適的，在其它CFD軟件中計算時同樣需要注意，希望對大家有所幫助。
關(guān)鍵知識點匯總
?網(wǎng)格方面：空氣域需要有邊界層網(wǎng)格，且最大長寬比不宜超過40
?求解器方面：需要使用雙精度求解器
?打開重力
?物性密度方面
‐Incompressibleideal
本案例在ANSYS2019R3中演示了如何利用Fluent進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進行網(wǎng)格劃分，并進行命名邊界條件
1 問題描述
一個長20cm，寬2cm的矩形幾何，其中上邊溫度500K，下邊溫度300K，兩側(cè)邊為絕熱邊界。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個節(jié)點
上節(jié)主要說了采用Boussinesq假設(shè)的自然對流基礎(chǔ)理論，本節(jié)會講一下相應(yīng)的Fluent應(yīng)用案例，重點針對Boussinesq假設(shè)相關(guān)的關(guān)鍵設(shè)置詳細說明。
1.設(shè)置要點
首先不說廢話，先概括一下設(shè)置要點。如上節(jié)所述，我們已經(jīng)知道Boussinesq假設(shè)主要針對動量方程的浮力項作了如下處理，這里就引出了三個量：操作密度ρ0、熱膨脹系數(shù)β及操作溫度T0。
那么該設(shè)置要點就是：
電子散熱冷卻中經(jīng)常采用Boussinesq假設(shè)來計算自然對流散熱，該方法計算速度快，計算穩(wěn)定性高。
本文主要講述采用Boussinesq假設(shè)的自然對流原理、關(guān)鍵點及應(yīng)用條件，下一篇會講述具體的應(yīng)用案例。
為什么要采用Boussinesq假設(shè)？
自然對流主要由于密度受熱變化產(chǎn)生密度差造成，該現(xiàn)象可用如下的可壓縮N-S方程描述。
一方面可以看到該方程是高度非線性的
問題描述
本案例描述的是一個半徑為 1.78 cm，受到恒定溫度 306.3 K 加熱且具有無限長度的圓柱體置于另一個較大的半徑為 4.628 cm且以較低的固定溫度 293.7 K 加熱的圓柱體內(nèi)。選擇這些溫度將在環(huán)帶內(nèi)提供一個總體溫度 (Tb) 大約為 300 K的均勻溫度分布。因為預(yù)期流動將圍繞中心線對稱進行，所以僅需要使用一半幾何，如下所示：
STAR-CCM+設(shè)置
參考資料：ANSYS Fluid Dynamics Verification Manual
算例說明
本案例模擬了同心環(huán)形域內(nèi)的自然對流。內(nèi)壁保持在比外壁更高的溫度，從而引起浮力誘導(dǎo)的環(huán)流。
計算域：外環(huán)半徑46.25 mm，內(nèi)環(huán)半徑17.8 mm
物質(zhì)屬性：物質(zhì)密度為不可壓縮理想氣體，粘度為2.081e-5kg/m-s，比熱為1008 J/kg-K，導(dǎo)熱系數(shù)為0.02967
參考資料：ANSYS Fluid Dynamics Verification Manual
算例說明
本案例介紹了空腔內(nèi)自然對流的湍流流動。兩個垂直墻保持在不同的溫度，而水平墻壁是絕熱的。
計算域：2.18m X 0.0762m
物質(zhì)屬性：密度選擇Boussinesq假設(shè)，比熱為1005J/kg-K，粘度1.81e-05kg/m-s，摩爾數(shù)為28.966
邊界條件：低溫墻壁溫度為
要用Fluent模擬自然對流的速度場和溫度場，想知道各位都添加些什么邊界條件，入口，出口怎么設(shè)置，需要知道哪些參數(shù)？要不要算對流換熱系數(shù)---
