熱流耦合分析的案例
仿真咨詢實戰：熱流固耦合分析
TASK
熱流固耦合分析中包括沸騰模型修正、接觸熱阻 計算和位移的傅立葉分解這三項功能。由于模型中部分區域發生了沸騰，非沸騰態下的換熱公式不再適用于計算沸騰態下的換熱量，因此需要對模型的換熱系數進行修正；接觸熱阻程序實現的功能是根據接觸面之間的實際接觸面積、接觸表面的材料、接觸面間隙中介質的導熱系數和接觸面的壓力計算接觸面的接觸熱阻；對于已知的位移結果，可以在二維坐標系下可以將該平面內的位移進行傅立葉分解，展開成多階傅立葉級數。
SOLUTION
主要技術挑戰：
沸騰修正涉及結構模型和流體模型之間網格的插值和數據傳遞；
接觸熱阻公式較復雜，涉及物理量較多；
位移傅立葉分解計算較復雜；
解決方案：
開發沸騰修正模板，實現插值和模型修正功能；
開發接觸熱阻模板，實現熱阻公式的計算；
開發位移傅立葉分解模板，實現位移的傅立葉分解，并合并各階結果；
提供豐富的參數輸入和輸出界面；
結論：
形成了完整的熱流固耦合分析模板；
模板包括了沸騰修正、接觸熱阻和位移傅立葉分解功能。
Customer Benefit
熱流固耦合分析模板搭建的流程包含了沸騰修正、接觸熱阻和位移傅立葉分解的功能，已經直接集成在柴油發動機仿真分析模板系統中，成為了柴油機整體仿真方案的一部分。
本文來自安世亞太微信公號，如果您對耦合分析有需求或感興趣，歡迎聯系溝通：
400-6600-388
展開 ANSYS workbench三通管道流固熱耦合分析 ￥10
本案例適合哪些人學習：
1、學習型仿真工程師
2、理工科院校學生
你會得到什么：
1、學習三通管道的三維模型處理
2、學習三通管道流固熱耦合分析步的建立
3、學習三通管道流固熱耦合分析的載荷施加
4、學習三通管道流固熱耦合載荷的施加
案例介紹：
所使用軟件為ANSYS workbench2020r2.
案例介紹了ANSYS workbench 三通管道流固熱耦合分析。
本案例完整得提供了分析相關所有分析文件。
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【8月29-9月1日 北京】流-熱-固多場耦合問題的高效穩定數值計算方法與工程應用實例
雙向流熱
耦合計算
1、雙向流熱耦合簡介
2、雙向流場計算原理
3、雙向傳熱計算原理
4、雙向流熱耦合分析系統
5、流場計算設置
6、固體傳熱計算設置
7、系統耦合器計算設置
8、后處理技術
工程實例-1：內部生熱結構的對流傳熱計算
穩態熱固耦合計算（結構穩態熱應力分析）
1、穩態熱固耦合簡介
2、固體域計算原理
3、穩態熱固耦合分析系統
4、計算模型與網格
5、傳熱計算設置
6、固體計算設置
7、后處理技術
工程案例-1：散熱片熱固耦合分析與熱應力計算
工程案例-2：加氫反應器裙座穩態熱應力與熱疲勞計算
瞬態熱固
耦合計算
1、瞬態熱固耦合簡介
2、固體瞬態動力學計算原理
3、瞬態熱固耦合分析系統
4、計算模型與網格
5、傳熱計算設置
6、固體計算設置
7、后處理技術
8、雙向熱固耦合計算的探討
工程案例-1：泵殼瞬態熱應力計算
工程案例-2：壓力容器的瞬態熱應力計算與熱應力對其振動模態的影響評估
單向流固
耦合計算
1、單向流固耦合簡介
2、單向流固耦合分析系統
3、計算模型與網格
4、流場計算設置
5、固體計算設置
6、后處理技術
工程案例-1：多通管單向穩態流固耦合計算
工程案例-2：風吹方柱單向穩態態流固耦合計算
動網格
技術
1、光順法
2、分層網格法
3、網格再生技術
4、動網格計算設置技巧
展開 熱流固耦合場穩態分析實例
熱流固耦合場穩態分析實例（Fluent+Steady Thermal）；
網格工具Ansys Meshing，模擬平臺Workbench；
問題描述：
01 組合分析模塊；
02 導入幾何文件；
03 生成流體區域；
04 設置對稱面
05 劃分網格
06 標記面
07 在fluent中定義溫度單位
08 定義物理模型（湍流）
09 打開能量方程
10 定義流體材料屬性（水）
11 定義鋼管材料屬性（鋼）
12 指定區域材料類型
13 定義邊界條件（入口流速，溫度）
14 求解控制
15 初始化
16 監控
17 求解
18 在 Steady-Thermal中定義邊界條件
19 求解
總結：
01 Fluent中包含了流場和鋼管；
02 將Fluent的溫度結果傳遞到Steady-Thermal中；
Txingguan.7z
展開 
基于ANSYS Workbench流-熱-固多場耦合算法演繹
迭代耦合
迭代耦合，主要通過兩個不同的求解器完成不同場的變量求解，然后通過一個數據映射模塊，再考慮場之間耦合的一種方法。該方法適用于流-固耦合計算，流-熱耦合計算。該種方法，流體的求解主要通過Fluent完成，結構的求解可以使用結構模塊或結構熱模塊，由用戶的需求確定。場之間的數據交換模塊稱為系統耦合器，如圖3所示。
圖3 基于系統耦合器的迭代耦合計算
圖4和5分別給出了基于系統耦合器的流固和流熱耦合計算分析系統。流固耦合計算中，主要通過系統耦合器交換流體壓力與結構變形數據，流熱耦合計算中，主要基于對流換熱計算公式進行數據交換。
圖4 基于系統耦合器的流固耦合計算
圖5 基于系統耦合器的流熱耦合計算
如圖6所示，給出了迭代計算過程中場之間的數據映射無誤差曲線，默認的數據映射殘差為1%。
圖6 迭代計算過程中場之間的數據映射誤差曲線
展開 OpenFOAM三維換熱器流固熱耦合傳熱模擬文件，冷流和熱流逆向流動，熱流入口與冷流出口在同一側 ￥120
OpenFOAM三維換熱器流固熱耦合傳熱模擬文件，冷流和熱流逆向流動，熱流入口與冷流出口在同一側
電力變壓器的熱流耦合仿真和絕緣紙熱老化分析
如果變壓器繞組熱點溫升過高則可能發生局部過熱，影響變壓器的運行穩定性和服役壽命。絕緣紙作為油浸式電力變壓器的絕緣屏障，其老化產生的機械、絕緣等性能改變是一個不可逆過程，對其開展仿真研究對于變壓器運行維護具有重要的指導意義。
重慶大學的技術團隊經過多年積累，在高壓設備和絕緣技術方面積累了深厚的經驗。他們利用Simdroid對電力變壓器開展固體傳熱和流體的耦合仿真建模，模型采用二維近似簡化，在精確反映物理場景的前提下節省了計算資源，提高了計算效率和展示效果。本文展示的案例中在正常工況變壓器的結構基礎上增加了繞組間擋板，目的是研究擋板提高變壓器油橫向流動速度從而增強繞組散熱的效果，并在此基礎上開展熱老化評估。
在Simdroid中繪制的典型油浸式電力變壓器二維模型
借助Simdroid的多物理場耦合功能，重慶大學的研究人員可以在界面上輕松完成固體傳熱有限元方法和流體方程有限體積方法的聯合仿真計算，在電力變壓器模型中實現對含有復雜絕緣油通道、大量流固耦合邊界的網格自動優化和高效耦合迭代。在仿真獲得的流體結果中，用戶可以通過云圖或流線圖查看流體速度的整體分布和局部細節；在溫度結果中，可以查看變壓器內部整體溫度分布，從中了解熱點位置和發熱情況。
Simdroid中耦合仿真獲得的變壓器油流速分布云圖和流線圖
Simdroid耦合仿真得到流體和固體的穩態溫度分布
電力變壓器流熱耦合仿真的結果在工程實踐中有兩個主要用途：一是通過傳感器獲得變壓器油出口和變壓器外殼等位置的實際監測溫度，工程師可結合仿真在正常工況時實時掌握變壓器的運行情況，在非正常工況時做出預警或檢修等判斷；二是開展設備部件運行性能參數的分析，如絕緣油和絕緣紙老化性能等。
展開 涉及流固耦合（對流、輻射）的熱分析
材料性質：
固體：銅：導熱系數k=400，比熱c=400，密度8890。（單位：SI）
流體：空氣
3. 邊界條件
銅母線生熱率：12960w/m3
銅外殼生熱率：8909w/m3
銅外殼外側與空氣對流換熱：hc= 4w/(m2*K), T,ambient = 313 K
銅外殼外側的熱輻射率：emissivity=0.85
銅母線、銅外殼內側的熱輻射率均為 0.85
重力y軸負向：9.8
幾何圖形見下圖(單位：m)
4.附檔
4.a gambit網格
simwe_thermal_gambit_mesh.rar
4.b icemcfd project file
simwe_tube_icemcfd_project.rar
4.c icemcfd mesh for cfx
simwe_tube_icem10_mesh.rar
4.d ansys_mesh file
ansys_mesh file.rar
用openoffice calc, 簡單計算的資料
(上方是基本參數資料, 下左框是 for absorption =1, 下右框是 for absorption =0.85
在表中所設的管長是1.00 meter, 但是在icemcfd and ansys 網格中的管長是建為0.0025 meter的
根據熱平衡時, 所有銅管產生之熱, 必等於外表面散熱(radiation + convection)
可知合理的表皮溫度應在363(or 369)度附近
用omega Reynold stress turbulent model 的結果
K-e turbulent model 的結果
展開 永磁電機電磁（Maxwell）、熱（Fluent）耦合分析流
永磁電機電磁（Maxwell）、熱（Fluent）耦合分析流
FLUENT流-固-熱耦合分析
FLUENT流-固-熱耦合分析
ANSYS FLUENT軟件自V2019版本起，新增了Structure結構求解功能，能夠基于Fluent軟件進行簡單模型的結構應力、變形分析，具備線性及非線性結構分析功能。本案例基于ANSYS FLUENT 2020R1進行管道閥門流-固-熱三場耦合分析。
1 模型描述
如圖所示尺寸的三維管道模型，管道模型中存在4個簡化的閥瓣模型，給定管道入口氣體流速為10m/s，閥板內給定體積熱源為2000000w/m^3；
閥瓣模型材料參數：
密度：2700kg/m^3；
比熱：871J/kg.K；
熱傳導系數：202W/m^2.K；
楊氏模量：2.5E7Pa；
泊松比：0.37；
2 網格劃分
本案例網格基于ANSYS ICEM CFD進行全六面體網格劃分，網格如下圖所示：
流體區域：480000六面體網格；
固體區域：3800六面體網格。
3 FLUENT求解設置
求解計算分兩步完成，首先不考慮結構變形對流體-固體進行穩態共軛傳熱分析，然后基于上一步仿真計算結果考慮流固耦合作用實現瞬態流-固-熱耦合仿真分析。
3.1流固共軛傳熱仿真
? 啟動FLUENT軟件，利用菜單File>>Read case….打開文件對話框，讀入網格文件vavle_test.msh；新版本顯式界面如下：
? 新版本的FLUENT軟件默認選擇k-w sst湍流模型，本案例不做修改；
? 激活能量方程
? 邊界條件設置
1）固體區域熱源：2000000W/m^3；選擇對應的固體區域，勾選source terms加載能量源項。
展開 Abaqus熱流固耦合——圍繞圓柱形熱源進行固結
圖1.15.7–4和圖1.15.7–5分別顯示了分析過程中某個中間時間（大約5700秒）的孔隙壓力等高線圖和流體速度大小的矢量圖。孔隙壓力的分布近似軸對稱，較高的孔隙壓力更靠近中央熱源。孔隙壓力中的徑向梯度驅動孔隙流體流動，從而導致孔隙流體速度矢量大致指向徑向。網格本身不是軸對稱的，這會導致溶液從純軸對稱狀態發生小的變化。
Figure 1.15.7–4 Contour plot of pore pressure at an intermediate time.
Figure 1.15.7–5 Vector plot of pore fluid velocity at an intermediate time.
雖然這個問題說明了埋在土壤中的熱源的物理問題的耦合性質，但是耦合性質相對較弱。因此，雖然孔隙流體流場主要由孔隙流體和孔隙的相對熱體積膨脹驅動，因此直接取決于溫度場，但是熱傳遞問題對孔隙流體流不敏感。例如，可以通過考慮對流傳熱來實現更強的耦合，其中傳熱速率直接受孔隙流體速度影響。耦合的其他潛在來源包括磁導率對空隙率的依賴性，空隙率取決于材料中的應變水平（包括熱膨脹）。盡管在Abaqus / Standard的配方中考慮了此類影響，但在當前問題中忽略了這些影響。
abaqus熱流固耦合分析.rar
Abaqus熱流固耦合——圍繞圓柱形熱源進行固結.pdf
展開 
最近在學ansys熱分析，在流固耦合分析處卡住了，先把自己整理的資料分享給大家
我自己是沒學下樣子，希望能幫到需要的人
ANSYS 流固耦合分析實例.pdf
ANSYS流體與熱分析耦合場分析典型工程實例(word版本).pdf
發一個電子封裝芯片的熱流耦合分析實例
電子芯片的散熱設計，有多種，常見的有風冷，水冷等
結合相關例題，（參考相關論文），以多芯片組件的液體間接冷卻方式為例，主要應用的是ansys/flotran模塊
機翼全參數化設計及流-固-熱耦合分析
通過建立一套全參數化的機翼設計分析模型構建體系，可實質性的促進達成快速多方案迭代或自動優化設計的目標。
各種不同翼型結構的參數化快速建模
2) 案例描述
機翼結構復雜，需要找出全參數化定義設計和分析模型的具體實現方法，需要同時考慮CFD氣動分析及氣動加熱和結構熱傳導、結構動靜強度、流固熱三個物理場在各種不同的計算狀態下的雙向耦合。基于這種技術挑戰，機翼全參數化設計及流-固-熱耦合分析系統利用APDL全參數化建模，同時建立結構分析模型和CFD網格模型；利用Mechanical+CFX流固耦合實現流-固-熱三場多狀態雙向耦合計算。
自動構建機翼流-固-熱耦合分析網格
3) 實踐及效果
a、 實現了機翼結構幾何及流-固-熱三場分析網格模型的全參數化自動建立；
b、 實現了流-固-熱三場全自動多狀態雙向耦合分析計算
c、 對機翼設計，尤其是前期設計階段，實現了全參數化快速多方案精細對比分析，極大提升設計效率和設計質量。
流-固-熱三場多狀態雙向耦合計算
展開 Cradle CFD—專業熱流場分析工具
通過Cradle進行轉子與定子間小間隙內冷卻效率的氣流分析，并配合Romax輸入的熱損耗分析數據，模擬電機轉子與定子之間的流動熱阻，改善電機冷卻水套的冷卻性能。
凝露分析
為避免凝露腐蝕設備帶來的安全隱患，可利用濕蒸汽狀態和凝露公式來預測和防治凝露現象的發生，以此來優化設計方案。應用場景包括：車燈凝露分析、HVAC除霜除濕性能分析、家電產品箱體凝露腐蝕問題、電子產品艙室結露危害分析等。
PCB熱優化設計
PICLS的熱仿真分析幾乎可以在運行的同時顯示結果，大大提高了效率。可分析布線方案、熱通道布局、散熱器、PCB層數、銅箔厚度等參數對PCB板散熱性能的影響，滿足不同客戶根據自身工藝、成本和資源進行選擇性優化的需求。還可與scSTREAM進行熱流場耦合分析，考慮對流換熱以及輻射的影響，提高仿真精度。
電子產品熱分析
scSTREAM/HeatDesigner內置的電子元件庫，可分析電子元器件受環境和周圍其他設備的熱影響。批量刪除細小零部件以及多層級網格功能，幫助用戶快速簡化電子模型，節省計算資源。
主要特點
?? 出色的網格劃分能力
scFLOW支持Voxel fitting的網格技術，為復雜結構直接生成網格。無需花費大量的時間進行CAD清理，提高前處理效率。
??多物理場耦合分析
與MSC Software和第三方軟件進行耦合，完成多物理場多系統分析，并實現優化設計。結構方面，可與Abaqus、Marc等非線性分析軟件耦合進行“熱-流-固”耦合分析；電磁方面，可與Romax、EMsolution配合進行“機-熱-磁”分析。
展開 