流動傳熱模擬的案例
國產CFD軟件VirtualFlow：超臨界流動傳熱模擬仿真，精準把握熱物性變化
4.總結
通過上述測試和對比分析，VirtualFlow軟件在超臨界流動傳熱模擬中的表現令人滿意。VirtualFlow提供了多種方法來準確表達超臨界流體的熱物性參數，包括直接插值方法、狀態方程和多項式擬合方法。這些方法能夠有效處理超臨界流體在擬臨界區域的復雜物性變化，確保模擬結果的準確性和可靠性。在實際應用中，VirtualFlow通過調用NIST物性庫，能夠便捷地實現超臨界流體熱物性的高精度插值計算。通過與商業軟件軟件的對比分析，VirtualFlow在超臨界水流動傳熱模擬中的結果與商業軟件高度一致，最大偏差僅為0.36%，驗證了VirtualFlow在處理超臨界工況下的流動傳熱問題時的適用性和準確性。
綜上所述，VirtualFlow軟件憑借其強大的物性處理能力和高效的數值計算性能，能夠為超臨界流動傳熱模擬提供可靠的解決方案，適用于能源、化工、航空航天等領域的復雜流動傳熱問題研究。
展開 FLUENT波紋管內傳熱流動模擬
本教程演示了波紋管內固體域與流體域之間的流動傳熱問題模擬。
1 啟動Workbench并建立分析項目
（1）在Windows系統下執行“開始”→“所有程序”→ANSYS 19.2→Workbench命令，啟動Workbench 19.2，進入ANSYS Workbench 19.2界面。
（2）雙擊主界面Toolbox（工具箱）中的Analysis systems→Fluid Flow（Fluent）選項，即可在項目管理區創建分析項目A。
2 導入幾何體
（1）在A2欄的Geometry上單擊鼠標右鍵，在彈出的快捷菜單中選擇Import Geometry→Browse命令，此時會彈出“打開”對話框。
（2）在彈出的“打開”對話框中選擇文件路徑，導入幾何體文件。
3 劃分網格
（1）雙擊A3欄Mesh項，進入Meshing界面，在該界面下進行模型的網格劃分。
（2）右鍵選擇流體域進出口邊界，在彈出的快捷菜單中選擇Create Named Selection，彈出Selection Name對話框，輸入名稱inlet和outlet，單擊OK按鈕確認。
（3）右鍵選擇固體域的內壁面和內壁面上的凸點，在彈出的快捷菜單中選擇Create Named Selection，彈出Selection Name對話框，輸入名稱pipewall和dimpled_potrusions，單擊OK按鈕確認。
（4）右鍵單擊模型樹中Mesh選項，選擇快捷菜單中的Generate Mesh選項，開始生成網格。
（5）網格劃分完成以后，單擊模型樹中Mesh項可以在圖形窗口中查看網格。
展開 汽輪機：轉輪機械中轉盤腔的流動傳熱模擬
圖5 三種溫度邊界條件下，不同壁面求解方法的努塞爾數與實驗數據對比
04 結論與展望
本案例使用CFD仿真軟件模擬了汽輪機系統中封閉轉子-定子轉盤腔中流動和徑向流出旋轉腔內的傳熱現象，模擬結果較好地吻合了實驗數據，同時幾種壁面求解方式也都較好地預測了邊界層的流動情況，很大程度上驗證了CFD仿真軟件對旋轉腔流動中的流動和傳熱的預測能力。
文章來源：遠算云學院
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【CAE案例】轉輪機械中轉盤腔的流動傳熱模擬
圖4 三種壁面模型定子和轉子的近壁面模擬結果
徑向流出旋轉腔：分別使用了不同的壁面求解方法，模擬了旋轉盤上具有三種不同溫度邊界條件（BC）的情況。通過后處理得到了旋轉圓盤上的努塞爾數分布，并與實驗數據進行了對比。RANS和壁面模型LES都較好地吻合了測量值。兩種理論求解方法也有很好的準確性。計算結果驗證了CFD仿真軟件在相對低Reφ（= 2×106）條件下的傳熱預測能力。
圖5 三種溫度邊界條件下，不同壁面求解方法的努塞爾數與實驗數據對比
04 結論與展望
本案例使用CFD仿真軟件模擬了汽輪機系統中封閉轉子-定子轉盤腔中流動和徑向流出旋轉腔內的傳熱現象，模擬結果較好地吻合了實驗數據，同時幾種壁面求解方式也都較好地預測了邊界層的流動情況，很大程度上驗證了CFD仿真軟件對旋轉腔流動中的流動和傳熱的預測能力。
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展開 
【積鼎VirtualFlow】超大渦模擬：燃料管束內的流動傳熱
（注：該模擬僅是測試ITM方法對捕捉傳熱兩相流復雜界面變化的能力）
在預測BWR燃料棒束中冷卻劑的傳熱流動特性時，必須準確評估子通道之間的流動傳質。兩相系統中的傳質包括三個獨立部分：空泡漂移（voiddrift）、交錯流動（diversion cross-flow）和湍流混合（turbulent mixing）。該算例中包含了流體流動和傳熱的多尺度模擬，未考慮相變過程。
在此問題中，湍流對相界面的影響十分明顯，采用VirtualFlow軟件中V-LES模型進行計算。V-LES方法計算精度比RANS方法高，且計算時間比LES方法少，尤其適用于工業級計算模擬應用。
計算基于完全耦合（固相-氣相-液相）的傳熱方程，可以得到每根燃料組件之間的共軛傳熱分布。圖2及圖3展示的是在湍流情況下（進口速度UL=1 m/s，入流氣泡分數為50%）通道中氣液界面上的溫度分布，圖2為橫截圖，圖3為側視圖。
圖2 通道中氣液界面上的溫度分布（橫截面）
圖3 通道中氣液界面上的溫度分布（側視圖）
由于中心燃料棒位于相界面變化劇烈的區域，具有較高的放熱功率，相界面在流場的影響下變形劇烈，導致了管道的隨機換熱。
圖3很好地闡明了管束間兩相流的振動，特別是中間的管道的排熱率高。
通用流體仿真軟件VirtualFlow基于獨有的IST網格生成技術，結合分塊網格優化（BMR）和自適應網格技術（AMR），只需讀入固體對象的CAD文件即可自動生成直角坐標網格，每個子區域網格進行自動優化，既可快速生成計算網格，又可保證高階精度。
展開 Tdyn集結構、流動、傳熱耦合的多物理場數值模擬軟件
Tdyn軟件是西班牙COMPASS公司開發的多物理場耦合數值模擬計算軟件，能與多數計算機輔助設計軟件（UG、Plo/e、CATIA）和計算機輔助分析軟件（FLUENT、Lsdyna）接口，是融結構、流體、電場、磁場、聲場分析于一體的大型通用多物理場耦合數值模擬計算軟件。在機械制造、建筑結構、復合材料、船舶、能源、汽車交通、國防軍工、電子、土木工程、生物醫學等領域有著廣泛的應用。Tdyn功能強大，操作簡單方便，現在已成為國際流行的數值模擬分析軟件之一。
功能模塊
Tdyn CFD+HT 模塊
Ransol模塊，流體動力學求解器
Heatrans模塊，傳熱分析
Advect模塊，質量和組分的傳輸
Ursolver 模塊，通用 ( 用戶定義的 ) 微分方程求解器
Alemesh模塊，網格重分
RamSeries模塊
Basic模塊，線性靜力分析
Dynsol 模塊，動力 ( 模態和直接 ) 分析
Composite模塊，復合材料層合計算工具
Non-linear模塊，非線性，沖擊等先進分析工具
Coupling模塊，隱式流-固結構耦合求解器
SeaFEM模塊
基本模塊，時域多體線性輻射衍射求解器
高級模塊，二階輻射衍射求解器和水彈性分析
展開 CFDPro熱管仿真 | 模擬熱管內部流動及傳熱傳質過程，優化熱傳輸性能
<p>熱管作為一種高效的傳熱元件，其工作原理基于熱傳導和相變過程。它通常由管殼、吸液芯和端蓋組成，內部充注適量的工作液體。在不消耗外部能源的情況下快速傳遞熱量。熱管因其高效的熱傳導性能，被廣泛應用于各種需要有效散熱的領域，如航空航天器的熱控、電子設備的冷卻等。</p><p>盡管熱管在實際應用中已經展現出了其優越的性能，但在設計和優化過程中仍然面臨諸多挑戰。實驗測試雖然能夠提供真實的數據，但往往成本高昂且周期長。此外，實驗條件難以完全控制，可能會受到環境因素的影響。因此，仿真技術在熱管設計和優化過程中起到了至關重要的作用。</p><p><strong>熱管模擬仿真目的</strong></p><p>通過CFD技術模擬熱管的實際工作過程，以預測和優化其熱傳輸性能。仿真可以實現以下幾個目的：</p><p><strong>設計優化：</strong>基于仿真數據，可以調整熱管的幾何形狀、管徑、管長、翅片結構等關鍵參數，以最大化其熱傳輸效率。</p><p><strong>性能預測：</strong>通過CFD技術，可以預測熱管在不同工況下的溫度分布、壓力變化、傳熱效率以及響應速度等關鍵參數。</p><p><strong>流動與傳熱特性分析：</strong>揭示熱管內部的流體流動和傳熱特性，觀察到流體在熱管內的流動路徑、流速分布、壓力分布以及溫度分布等關鍵信息。</p><p><strong>穩定性與可靠性評估：</strong>評估熱管在不同運行條件下的穩定性和可靠性。包括長時間運行、負荷變化、環境變化等多種情況。</p><p><strong>熱管仿真的難點</strong></p><p><strong>物理模型復雜性：</strong>熱管仿真涉及到兩相流、多組分流動、相變現象、復雜的傳熱機制以及毛細力驅動的回流效應，這些都需要高精度的數學模型來描述。
展開 Tdyn 一款集結構、流動、傳熱耦合的多物理場數值模擬軟件
Tdyn軟件是西班牙COMPASS公司研制的多物理場耦合數值模擬計算軟件，能與多數計算機輔助設計軟件（UG、Plo/e、CATIA）和計算機輔助分析軟件（FLUENT、Lsdyna）接口，是融結構、流體、電場、磁場、聲場分析于一體的大型通用多物理場耦合數值模擬計算軟件。在機械制造、建筑結構、復合材料、船舶、能源、汽車交通、國防軍工、電子、土木工程、生物醫學等領域有著廣泛的應用。Tdyn功能強大，操作簡單方便，現在已成為國際流行的數值模擬分析軟件。
CFDPro熱管仿真 | 模擬熱管內部流動及傳熱傳質過程，優化熱傳輸性能
熱管作為一種高效的傳熱元件，其工作原理基于熱傳導和相變過程。它通常由管殼、吸液芯和端蓋組成，內部充注適量的工作液體。在不消耗外部能源的情況下快速傳遞熱量。熱管因其高效的熱傳導性能，被廣泛應用于各種需要有效散熱的領域，如航空航天器的熱控、電子設備的冷卻等。
盡管熱管在實際應用中已經展現出了其優越的性能，但在設計和優化過程中仍然面臨諸多挑戰。實驗測試雖然能夠提供真實的數據，但往往成本高昂且周期長。此外，實驗條件難以完全控制，可能會受到環境因素的影響。因此，仿真技術在熱管設計和優化過程中起到了至關重要的作用。
熱管模擬仿真目的
通過CFD技術模擬熱管的實際工作過程，以預測和優化其熱傳輸性能。仿真可以實現以下幾個目的：
設計優化：基于仿真數據，可以調整熱管的幾何形狀、管徑、管長、翅片結構等關鍵參數，以最大化其熱傳輸效率。
性能預測：通過CFD技術，可以預測熱管在不同工況下的溫度分布、壓力變化、傳熱效率以及響應速度等關鍵參數。
流動與傳熱特性分析：揭示熱管內部的流體流動和傳熱特性，觀察到流體在熱管內的流動路徑、流速分布、壓力分布以及溫度分布等關鍵信息。
穩定性與可靠性評估：評估熱管在不同運行條件下的穩定性和可靠性。包括長時間運行、負荷變化、環境變化等多種情況。
熱管仿真的難點
物理模型復雜性：熱管仿真涉及到兩相流、多組分流動、相變現象、復雜的傳熱機制以及毛細力驅動的回流效應，這些都需要高精度的數學模型來描述。
邊界條件設置：準確設定熱管兩端及壁面的熱通量、壓力、濕度等邊界條件是仿真結果準確性的關鍵，而在實際情況中這些條件可能會隨時間和空間變化。
微尺度效應：部分熱管內部結構具有微觀特征，如微槽、多孔介質等，這類微尺度效應對傳熱有顯著影響，但建模難度較大。
展開 八、管道彎頭中流體混合流動與傳熱
<p> 這次我們使用fluent做一個流體流動與傳熱的模擬。如圖1所示，進口5和進口6分別進入兩股流體，兩股流體會在彎頭處進行混合，考慮到流動與換熱的影響，查看穩定下來之后的壓力和速度分布云圖。</p><p> </p><p><strong>1. 物理模型</strong></p><p> 物理模型如圖1所示，模型尺寸圖中已標出，為了簡化計算，模型為二維模型。但<strong>實際上是圓管，這里的二維模型會帶來誤差</strong>，之前的文章我們提到過，<strong>Fluent即便模擬二維流動，實際上也是三維的，因為對于二維模型，Fluent會自動給它一個1m的深度如圖2，因此實際上二維的計算變成了方形管</strong>。這里我們不考慮這樣的誤差。</p><p><br></p><p class="ql-align-center"> </p><p class="ql-align-center"><img src="https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_png/8tJMdLVYZyibaCicicLEW1yer6tkExKNmfKxegYicCCGoYCCjWbVgibtwShKcXrO8HN9n2N4MBfOh9X9SdHM4MTSZ2w/640?
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
【AICFD案例操作】多孔介質歧管流動傳熱
AICFD是由天洑軟件自主研發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、電子設備和車輛運載等領域復雜的流動和傳熱問題。軟件涵蓋了從建模、仿真到結果處理完整仿真分析流程，幫助工業企業建立設計、仿真和優化相結合的一體化流程，提高企業研發效率。
一、概 要
1）案例描述
本案例針對某種多孔介質歧管，采用多孔介質模型、對流換熱壁面和湍流模型對歧管進行流動傳熱仿真，案例最后可以看到歧管的壓力和溫度分布情況。
2）網格
采用非結構四面體為主的網格，網格數67萬。
圖1-1 網格模型
3）計算條件
速度入口：10m/s ，溫度773K；靜壓出口：0Pa，0梯度；對流換熱壁面：10w/m^2*K，373K。
二、網 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，設置工程文件名，點擊“確定”。
圖2-1 AICFD窗口
圖2-2 新建工程
2）網格導入
單擊菜單欄網格>導入網格，導入外部生成的計算域網格。
圖2-3 網格導入
3）網格質量檢查
單擊菜單欄 網格>網格質量，檢查網格質量。
圖2-4 網格質量檢查
三、求解設置
1）求解模型
雙擊 求解>求解模型，設置湍流模型。本案例為穩態計算，采用不可壓縮流，湍流模型采用Standard k-epsilon模型。
展開 流動與傳熱CFD分析小組
本小組成員均為清華大學流體流動與傳熱相關專業優秀博士及碩士研究生（已畢業及在讀），理論基礎扎實，且有相關實際工程經驗，熟練應用Fluent（CFD分析軟件）、Flowmaster（一維流體系統仿真軟件）、HTFS（換熱器設計軟件）等熱工軟件，旨在為企業提供熱工問題的分析與計算技術服務，諸如流動分析、傳熱計算、CFD模擬、換熱器熱工設計等，目前已完成課題：超臨界壓力流體在微細結構內的流動與換熱分析、超臨界壓力流體在多孔介質內的流動與傳熱分析、U型管換熱器CFD模擬、反應堆堆芯熱工水力問題的三維CFD模擬，結果均得到客戶認可與好評。有需要可通過以下方式與我們聯系：
E-mail: zhangyu_03@tsinghua.org.cn; maojie666@gmail.com
Tel: 13810987379 張
QQ：26057270
展開 后臺階帶傳熱的湍流流動
參考資料：ANSYS Fluid Dynamics Verification Manual
算例說明
本案例模擬了流體流經后臺階的流動和對流換熱過程。
計算域：H=1m
物質屬性：物質密度為1 kg/m3，粘度為0.0001kg/m-s，導熱系數1.408 W/m-K，比熱為10,000 J/kg-K
邊界條件：入口為充分發展的速度剖面，雷諾數為28000，壁面熱通量Q˙= 1,000W/m2
網格劃分
采用矩形網格，網格數量為6600
計算設置
本次計算為穩態不可壓縮流動。
物質屬性
計算物質設置密度等參數
湍流模型
選擇為RNG k-E湍流模型
能量方程
激活能量方程
邊界條件
（1）入口速度邊界條件
由Profile文件導入，Profile文件下載地址：
鏈接: https://pan.baidu.com/s/1YtzxeIW1YwXyTI-5YAzXhQ 密碼: muee
（2）下壁面邊界條件
計算結果
計算域云圖展示
溫度云圖
計算值與實驗值對比
沿下壁面位置處Nusselt Number對比值
參考文獻
J.C. Vogel, J.K. Eaton, “Combined Heat Transfer and Fluid Dynamic Measurements Downstream of a Backward-Facing Step”. Journal of Heat Transfer, Vol. 107, pp. 922-929, 1985.
展開 COMSOL多孔介質自然流動與傳熱現象的仿真研究
多孔介質中的自然對流和傳熱研究在地熱系統、隔熱材料、食品加工以及化學反應器設計等領域具有重要意義。本文介紹了一種基于COMSOL Multiphysics軟件建立多孔介質幾何模型并模擬其內部自然對流與傳熱過程的方法。
采用CAD Voronoi V2.1插件生成多孔介質幾何結構，并在AutoCAD中僅保留含曲邊孔隙圖層的內容后導出為dxf格式文件。并將此文件導入至COMSOL Multiphysics軟件中。
在COMSOL中，通過構建矩形區域并與導入的CAD圖形執行差集操作來完成多孔介質幾何模型的建立。
選擇“多孔介質傳熱”物理場，并設置相應的溫度邊界條件以匹配具體應用場景。完成設置后，對模型實施網格劃分。
通過對模型進行仿真計算，分析多孔介質內的流速分布及溫度場變化情況。
研究結果提供了關于多孔介質內部復雜對流與傳熱機制的深刻見解。
展開 