共軛換熱
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共軛換熱的視頻教程
Ansys Fluent從零基礎到熟練掌握系列課（一）共軛換熱
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ANSYS Fluent 快速入門視頻2020 - 劉堯
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Ansys Fluent從零基礎到熟練掌握教程——流體仿真工程師的自我修煉
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共軛換熱的實例教程
并分享一個關于共軛換熱的簡單案例_
▉ 共軛換熱
▉ 案例解析
▉ 討論
02
共軛換熱
問：什么是CHT？共軛換熱？
答：Conjugate Heat Transfer，即共軛換熱是指兩種材料熱屬性的物理之間通過介質或者直接接觸，發生的一種耦合換熱現象。
◆流體傳熱與固體傳熱相互耦合。
◆由于流體求解器同時具備流體與固體傳熱計算的能力，因此可以直接采用流體求解器進行求解，無需使用流固耦合計算。
視頻內容：
發動機艙內大量的復雜結構件給工程師進行熱管理仿真帶來了很大的挑戰，傳統的基于流體-結構網格共節點的求解方式存在網格生成難度大，網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，工程師可以分別生成結構網格及流體網格，僅通過指定界面Mapping關系即可完成復雜結構的共軛換熱分析，大大提高了發動機艙及整車熱管理分析的效率。
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本文將利用積鼎通用流體仿真軟件VirtualFlow對水平冷板的共軛換熱進行模擬，主要涉及相變過程的流動和傳熱傳質問題，通過分析為高熱流電子設備散熱設備設計提供指導。仿真過程將用到VirtualFlow自主開發的熱限制相變模型和流固耦合模型。
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01 熱限制相變模型
飽和溫度相變模型，即界面兩側流體對界面的熱擴散正好被相變潛熱抵消。使用該模型的時候，需要確保界面處的網格足夠小，以保證流體網格中心與界面之間的換熱計算是準確的。
02 耦合模型
計算流固耦合傳熱問題的首要問題是建立界面兩端的溫度與熱通量之間的關系，使耦合求解流體域和固體域的溫度場成為可能。
貼體網格的情形，流固界面和網格界面正好重合，可由下面的公式建立界面兩邊網格溫度與界面熱通量的關系:
VirtualFlow引入IST技術，使用笛卡爾網格，以非貼體的方式描述任意復雜界面，流固界面與網格之間界面不重合。以下是VirtualFlow的處理方式。
一般VirtualFlow中，通過Heaviside階梯函數打開或者關閉特定區域的流場求解。當共軛傳熱模塊關閉時，階梯函數H在流體域內為1，在固體域內為0（如果不打開TSolid功能）。當開啟共軛傳熱模塊時，階梯函數H為固體階梯函數和流體階梯函數的復合，即在全體計算域內皆是1，因此固體和流體內的溫度場同時求解。
展開 而作為新能源汽車 “心臟” 的電池系統，其熱管理技術的優劣，直接決定了車輛的安全性、續航里程和使用壽命。電池在充放電過程中會產生大量焦耳熱，若熱量無法及時散發，電池溫度持續攀升，不僅會導致電池性能衰減、容量降低，還可能引發熱失控，造成嚴重的安全事故。因此，高效精準的電池熱管理系統，已成為新能源汽車產業發展的核心技術瓶頸之一。
積鼎自主研發的 VirtualFlow計算流體力學軟件，憑借其先進的技術架構和卓越的計算性能，為電池熱管理領域帶來了創新的解決方案，為我國新能源產業的自主可控發展提供了有力支撐。
在數值計算層面，VirtualFlow 針對電池熱管理系統建立了全面且精準的計算模型。計算域精細涵蓋了從電芯、母排、正負極等核心部件，到導熱膠、電池包外殼等輔助結構的固體區域，以及負責熱量傳遞的液體冷卻通道流體域。
在網格劃分這一關鍵環節，VirtualFlow 采用先進的笛卡爾網格技術，通過簡單設定流體域尺寸和加密區域，即可實現網格的自動化生成，極大地提高了建模效率。與Fluent 軟件使用 FluentMeshing 劃分多面體網格的方式相比，VirtualFlow 不僅操作更為簡便，而且創新性地運用 IST 網格技術，實現了流體域與固體域共用同一套網格，顯著提升了共軛換熱問題的求解精度，有效避免了因網格不匹配導致的計算誤差。
計算設置過程中，VirtualFlow 基于對電池熱管理物理過程的深入理解，選用標準的 k-epsilon 湍流模型，并以水作為冷卻介質，確保模型能夠準確模擬實際工況。同時，針對不同固體材料，如導熱膠、冷板、母排等，精確輸入其密度、比熱容、導熱系數等關鍵屬性參數，使得計算模型更加貼合真實物理特性。
展開 ，也可以用到共軛換熱的內容；
結構方面：常規的結構設置，各類接觸及可能用到的APDL命令等
耦合方面：Workbench下的system coupling；主要是理解數據傳遞及其計算工作的原因；
五、個人的一些建議
1、能單向就單向，盡量不做雙向流固耦合
不管是做科研還是做項目，仿真都是一種工具手段，目的是為了解決問題；而解決問題又得考慮時間、經濟和精度的成本；而相對于單向耦合而言，雙向耦合無論是計算時間、調試精力、硬件資源都是遠遠超出的；所以能單向耦合解決的問題，盡量避免用雙向耦合；
2、雙向耦合調試過程要有心理準備
雙向耦合過程涉及到的內容太多了，發散的原因包括網格質量不高、動網格參數設置不合理、運動變形設置錯誤、時間步長不合理、各類載荷施加不正確、前后數據傳遞量相差太大等等。
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共軛換熱的最新內容
</p><p><strong>其中流場仿真工況包括：</strong>常規的流動換熱，共軛換熱，多孔介質，自適應網格，表達式expression，多相流（VOF，mixture，eulerian），運動過程（動網格及重疊網格），輻射傳熱，傳質過程，伴隨求解，fluent自帶參數化及流固耦合等內容。
與Fluent 軟件使用 FluentMeshing 劃分多面體網格的方式相比，VirtualFlow 不僅操作更為簡便，而且創新性地運用 IST 網格技術，實現了流體域與固體域共用同一套網格，顯著提升了共軛換熱問題的求解精度，有效避免了因網格不匹配導致的計算誤差。
VirtualFlow軟件不僅能夠快速生成高質量網格，且采用IST網格技術，實現了流體域與固體域的一體化網格劃分，極大提升了共軛換熱問題的求解精度。同時，其前處理對硬件要求低，普通辦公設備即可勝任大規模網格算例的處理，有效降低了企業的運營成本。此外，VirtualFlow的湍流模型、多相流及相變模型均經過廣泛驗證，其求解精度與國際知名品牌相當，充分滿足了新能源領域多樣化的仿真需求。
以下是流固共軛換熱幾何模型，外部是固體域，內部為流體域。冷媒物性參數及輸入條件如下所示。
流固共軛換熱幾何模型
以下是關于固體熱源和相變的VirtualFlow設置。
本算例的共軛換熱，采用穩態進行計算。</p><p><br></p><h1><strong>三、計算結果</strong></h1><p>VirtualFlow與Fluent計算得到模組溫度云圖如下。為了比較云圖的效果，統一其溫度分布范圍。
關鍵詞：動力電池；散熱；水冷；共軛換熱
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1.引言
動力電池作為現代電動汽車、混合動力汽車等新能源交通工具的核心部件，其重要性不言而喻。它不僅關系到車輛的性能、續航里程，更直接關系到車輛的安全性和可靠性。動力電池是新能源汽車的“心臟”，它為車輛提供源源不斷的動力。
共軛換熱？
答：Conjugate Heat Transfer，即共軛換熱是指兩種材料熱屬性的物理之間通過介質或者直接接觸，發生的一種耦合換熱現象。
◆流體傳熱與固體傳熱相互耦合。
◆由于流體求解器同時具備流體與固體傳熱計算的能力，因此可以直接采用流體求解器進行求解，無需使用流固耦合計算。
以Share命名的面表示不同體之間的共享面，用于共軛換熱耦合計算，如圖4所示。
圖4 抽取冷板內部流體模型
二、網格劃分及檢查
PERA SIM Fluid擁有非常豐富的網格控制技術，既可以對網格參數進行全局設置，也可以進行局部設置。另外，可以對固體表面附近的流體進行邊界層加密，也支持對局部空間進行網格細化。
Particle Works可用于自由表面流動計算、流動-顆粒耦合、流動-多體動力學耦合、流動-共軛換熱等場景。
安世亞太流體工程師高征宇詳細介紹了油冷電機解決方案，分享了電機油冷，齒輪箱潤滑案例。
物理模型和物理屬性
? 二維平面、二維軸對稱、三維流動分析
? 穩態、瞬態分析
? 無粘流、層流、湍流
主要的湍流模型包含 模型、 模型以及多種低雷諾數湍流模型
? Simdroid軟件還內置了多種近壁面流動的處理方法
? 不可壓流和可壓縮流計算
? 傳熱計算
包括：強制/自然對流、共軛換熱、輻射傳熱
? 多組分混合
