自然對流模擬
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-04
自然對流模擬的視頻教程
輻射和自然對流的模擬
在本教程中，結合輻射和自然對流求解一個純六面體單元的正方體區域溫度場。主要技術點如下： 使用ANSYS Fluent中的面到面(S2S)輻射模型; 設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 如何設置邊界條件 如何設置耦合壁面 如何設置非一致網格界面 材料設置 求解器設置 通過舉一反三，使學習者具備各種情況下fluent的自然對流散熱設置方法
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自然對流模擬的實例教程
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，出口怎么設置，需要知道哪些參數？要不要算對流換熱系數---
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？
參考資料：ANSYS Fluid Dynamics Verification Manual
算例說明
本案例模擬了同心環形域內的自然對流。內壁保持在比外壁更高的溫度，從而引起浮力誘導的環流。
計算域：外環半徑46.25 mm，內環半徑17.8 mm
物質屬性：物質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，導熱系數為0.02967 W/m-K
邊界條件：外環溫度為327 K，內環溫度為373 K
網格劃分
采用矩形網格，網格數量為1200
計算設置
本次計算為穩態軸對稱計算，考慮重力影響。
物質屬性
計算物質設置密度等參數
湍流模型
選擇為層流
能量方程
激活能量方程
邊界條件
設置內外壁面的溫度
求解控制
（1）求解方法
（2）松弛因子
計算結果
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 電子散熱冷卻中經常采用Boussinesq假設來計算自然對流散熱，該方法計算速度快，計算穩定性高。
本文主要講述采用Boussinesq假設的自然對流原理、關鍵點及應用條件，下一篇會講述具體的應用案例。
為什么要采用Boussinesq假設？
自然對流主要由于密度受熱變化產生密度差造成，該現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，內存需求比較大。
Boussinesq假設即為解決上述問題而產生，當然既然是假設，自然有一些適用前提，Boussinesq假設氣體密度變化非常小。
Boussinesq假設在方程中如何表現
好吧，下面講述一些枯燥的理論，即Boussinesq假設如何在方程中表現。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。
根據假設，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動力，因此動量方程（5）中的浮力項也是占主導作用，且密度變化△ρ遠小于參考密度ρ0,因此對于瞬態項、對流項可以忽略△ρ，即
最終簡化為
可以看到此時瞬態項、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β。
展開 上節主要說了采用Boussinesq假設的自然對流基礎理論，本節會講一下相應的Fluent應用案例，重點針對Boussinesq假設相關的關鍵設置詳細說明。
1.設置要點
首先不說廢話，先概括一下設置要點。如上節所述，我們已經知道Boussinesq假設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β及操作溫度T0。
那么該設置要點就是：
（1）勾選重力加速度
（2）設置操作密度ρ0、熱膨脹系數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，空腔內發生湍流自然對流，可以推算空腔內溫升并不大（溫升在20%以內），適用于Boussinesq假設。
3.操作流程
（1）進行總體設置。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雷諾數進行判斷，而是根據瑞利數Ra進行判斷：
層流和湍流的過渡區間很大，Fluent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，大多數自然對流都為層流，本例較為特殊。
（3）進行材料屬性關鍵設置。進行材料屬性設置前，首先進行操作溫度T0設置,操作溫度一般選擇環境溫度，可以按照下圖原則進行設置。
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自然對流模擬的最新內容
現在，你應該學會了如何使用 COMSOL 模擬自然對流和強制對流了吧，并對權衡使用不同的方法有了更深入的理解。祝您建模愉快！
本文內容來自 COMSOL 博客
仿真模型
導語
據悉，為研究鋰離子電池熱特性機理，針對電池表面自然對流換熱系數展開研究，通過實驗得到了電池基本生熱參數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。
鋰離子電池因其高比能量特性而被廣泛應用于電動乘用車輛，其使用壽命受到自放電率、溫度等因素的制約。
研究發現，鋰離子電池舒適溫度需要控制在
根據用戶們向Ansys流體技術團隊反饋的在自然對流冷卻仿真過程中存在的問題，Ansys工程師做了系統的解答匯總。以下知識點雖然都是在Fluent中進行實現，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。
關鍵知識點匯總
?網格方面：空氣域需要有邊界層網格，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
（4）傳熱模擬的UDF
（5）對流換熱、輻射換熱、自然對流模擬要點總結及案例演示
五、FLUENT流固耦合
（1）流體及固體計算域（單向、雙向）（2）多計算域網格生成
（3）單雙向流固耦合計算域數據交換
（4）單雙向流固耦合模擬求解
（5）單雙向流固耦合模擬要點總結及案例演示
六、FLUENT
（4）傳熱模擬的UDF
（5）對流換熱、輻射換熱、自然對流模擬要點總結及案例演示
五、FLUENT流固耦合
（1）流體及固體計算域（單向、雙向）（2）多計算域網格生成
（3）單雙向流固耦合計算域數據交換
內容包括：
TrueGrid命令流
k文件
提供后期答疑，可添加qq：1772619227
微信公眾號：戰斗部
（4）傳熱模擬的UDF
（5）對流換熱、輻射換熱、自然對流模擬要點總結及案例演示
五、FLUENT流固耦合
（1）流體及固體計算域（單向、雙向）（2）多計算域網格生成
（3）單雙向流固耦合計算域數據交換
（4）單雙向流固耦合模擬求解
（5）單雙向流固耦合模擬要點總結及案例演示
六、FLUENT多相流
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CFD仿真。首先于DesignModeler中建立幾何模型，接著導入ANSYS Mesh進行網格劃分，并進行命名邊界條件
（4）傳熱模擬的UDF
（5）對流換熱、輻射換熱、自然對流模擬要點總結及案例演示
五、FLUENT流固耦合
（1）流體及固體計算域（單向、雙向）（2）多計算域網格生成
（3）單雙向流固耦合計算域數據交換
（4）單雙向流固耦合模擬求解
（5）單雙向流固耦合模擬要點總結及案例演示
六、FLUENT多相流
（4）傳熱模擬的UDF
（5）對流換熱、輻射換熱、自然對流模擬要點總結及案例演示
五、FLUENT流固耦合
（1）流體及固體計算域（單向、雙向）（2）多計算域網格生成
（3）單雙向流固耦合計算域數據交換
（4）單雙向流固耦合模擬求解
（5）單雙向流固耦合模擬要點總結及案例演示
六、FLUENT多相流
