共軛熱傳遞仿真的案例
本田——為什么熱管理 CFD 需要全耦合共軛傳熱仿真
圖 3：散熱器和冷凝器前面的反向旋轉風扇
結果
完全耦合的 CHT 仿真在空氣動力學性能和熱管理預測方面都提供了高度逼真的結果。
圖 4 顯示了汽車的外部空氣動力學，顯示了汽車周圍的壓力分布和流線。車輪前的壓力分布清楚地顯示了車底流動的復雜性，這對車身底部的熱預測有很強的影響，這也是這里采用全耦合 CHT 仿真的原因。
圖 4：汽車前部的靜壓分布和外部空氣動力學視圖
圖 5 清楚地表明，發動機和消聲器表面的溫度和熱通量都不是恒定的。如果沒有同時捕獲共軛傳熱效應的耦合 CFD 仿真，則絕對無法對發動機和排氣系統中的熱相互作用進行準確建模。
圖 5a：發動機表面溫度
圖 5b：發動機周圍的水平剖切面
如圖 6 和圖 7 所示，較大的溫差會導致強烈的輻射傳熱。要在此處實現準確的熱預測，需要將共軛傳熱與輻射模型直接耦合。
圖 6：排氣管的溫度
圖 7：排氣系統的靜態溫度和車身底部的流動結構
展開 積鼎CFD VirtualFlow 基于熱限制相變和流固耦合模型的冷板共軛傳熱相變仿真
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。
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HVAC仿真所需的部件數量大于結構仿真的部件數量，但仍然遠遠小于總體仿真的部件數量。從產品數據管理系統手動傳輸所需的部件極為耗時。只要設計有顯著變化，就需要重復該流程。因此西門子工程師研發了一個例行程序，該例行程序能夠將PDM系統中選定的本地或中性格式的數據自動導出，并將數據轉換為Ansys SpaceClaim格式。
然后，工程師使用SpaceClaim 半自動工具清理螺栓和螺栓孔等小部件以及復雜的供應商部件。所有幾何相關的細節均進行顯式建模。工程師還創建了用于流體分析的反向幾何模型。
“這些成本節約還意味著能夠加速產品交付，并增加收入?！? 氣候風洞中的 ICE 4 列車
車廂內部仿真模型的詳細視圖
西門子工程師使用 Ansys Meshing 自動化例行程序來劃分表面網格和體積網格。他們創建了大約200個不同的子域，這樣就能針對模型的不同區域優化網格。對于有復雜幾何模型的區域，四面體網格是最佳選擇。
針對尤其需要較高的邊界層精度以準確計算固體表面熱傳遞的邊界層，可配合使用六面體單元以及混合的四面體-六面體網格。共軛熱傳遞仿真可用于預測乘客可能會接觸的墻壁的表面溫度，以及與列車內部交換熱量的通道的表面溫度。
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工程師使用流體體積模型開展多相瞬態仿真，在油模型中求解被油冷卻的區域，該模型求解出被油浸潤的表面的熱傳遞系數和局部油溫，工程師使用ANSYS Fluent中的水模型為水冷卻系統建模，并且使用穩態共軛熱傳遞預測電機固體組件的溫度。
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ANSYS Fluent共軛熱傳遞仿真等溫圖
然后將水模型預測得到的溫度與油模型結合使用，并再次運行仿真。得到的熱傳遞值被映射給水模型。這一迭代過程持續進行，直到兩個模型收斂為相同的溫度。
【ANSYS 17】更快、更好的計算流體動
共軛熱傳遞（CHT）仿真就屬于這個類別，其設置和執行工作既復雜又耗時。例如汽車發動機艙的熱管理，其中有眾多尺寸和溫度不同的幾何對象不僅彼此相互作用，而且還會與周圍空氣相互作用。ANSYS 16.0中引入的流體-固體映射界面功能經擴展，現在能處理固體-固體界面，也就是說當網格不適形時可使用界面可靠地求解復雜的CHT案例。這樣不僅可大幅簡化復雜幾何結構的網格剖分過程，而且還可確保該魯棒性方法即便在界面網格質量極差時也能生成解，從而實現更加迅速的原型設計和設計優化。
此外，ANSYS SpaceClaim是一款快速直觀的3-D建模軟件解決方案，可幫助任何分析師或工程師創建、編輯和修復幾何結構，無論他們處于工作流程的什么位置。Fluent用戶應研究SpaceClaim的潛力，以便在為CFD仿真做準備的過程中迅速方便地操作幾何結構。
找到最佳的連接/交叉容差有時并不容易。一種全新的交互式連接/交叉功能可進行局部標記（Mark）和撤銷（Undo）操作，不僅可避免錯誤連接，而且還能提高效率。交叉處的新選項可以忽略并行面，有助于避免意外的交叉操作。
新工具幫助避免錯誤的連接，提高效率。
簡化的交互式工具有助于實現區域間隙的閉合、連接和交叉。在進行下一個網格剖分操作之前，都可以使用撤銷（Undo）來糾正錯誤。
其他改進包括
? 標簽定義
? 對象創建
? 部件更換
? 準備用于包裝的對象
? 抑制多余的CAD對象
網格
腳本化的自動網格剖分
ANSYS一直致力于簡化網格創建、物理前處理和求解器設置的復雜流程。其目的是通過在仿真流程各個階段創造更智能的用戶體驗，縮短問題設置的總時間。 另一個目的是通過提供改進的默認設置及求解器魯棒性，減少客戶執行仿真所需的先驗知識。
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