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課程描述 本課程內(nèi)容全面，旨在幫助學(xué)員從傳熱學(xué)基礎(chǔ)原理，逐步進(jìn)階至 OpenFOAM 高級熱仿真與浮力驅(qū)動流仿真的應(yīng)用。通過結(jié)構(gòu)清晰的實(shí)操型課程，學(xué)員將掌握各類熱仿真問題的建模與求解方法，覆蓋流體域與固體域的熱傳導(dǎo)、熱對流、熱輻射及共軛傳熱（CHT）仿真。 課程以 laplacianFoam 求解器的熱傳導(dǎo)仿真為起點(diǎn)，講解控制方程、邊界條件與擴(kuò)散特性的設(shè)置方法。

共軛傳熱Conjugate heat transfer 固體傳熱以傳導(dǎo)為主，流體傳熱則以對流為主，共軛傳熱綜合了固體傳熱和流體傳熱，同時(shí)包含固體和流體的一種耦合換熱現(xiàn)象。共軛傳熱在計(jì)算的時(shí)候，需準(zhǔn)確計(jì)算材料之間通過的介質(zhì)或接觸的熱傳遞。

這意味著共軛傳熱對壓縮機(jī)性能的影響很小。

如果沒有同時(shí)捕獲共軛傳熱效應(yīng)的耦合 CFD 仿真，則絕對無法對發(fā)動機(jī)和排氣系統(tǒng)中的熱相互作用進(jìn)行準(zhǔn)確建模。圖 5a：發(fā)動機(jī)表面溫度圖 5b：發(fā)動機(jī)周圍的水平剖切面如圖 6 和圖 7 所示，較大的溫差會導(dǎo)致強(qiáng)烈的輻射傳熱。要在此處實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的熱預(yù)測，需要將共軛傳熱與輻射模型直接耦合。

當(dāng)共軛傳熱模塊關(guān)閉時(shí)，階梯函數(shù)H在流體域內(nèi)為1，在固體域內(nèi)為0（如果不打開TSolid功能）。當(dāng)開啟共軛傳熱模塊時(shí)，階梯函數(shù)H為固體階梯函數(shù)和流體階梯函數(shù)的復(fù)合，即在全體計(jì)算域內(nèi)皆是1，因此固體和流體內(nèi)的溫度場同時(shí)求解。

為了準(zhǔn)確地預(yù)測壓縮機(jī)的熱動力學(xué)特性，在CFD模擬中需要對金屬部件與工作流體之間的傳熱進(jìn)行適當(dāng)?shù)姆治雠c評估。本文將詳細(xì)介紹一種基于Simerics-MP+軟件，利用混合時(shí)間尺度耦合法求解不同介質(zhì)間耦合傳熱的問題。該方法可以解決熱傳播的時(shí)間尺度差異問題。通過比較在有和沒有考慮共軛傳熱情況下的模擬結(jié)果，評估了流固共軛傳熱對雙螺桿壓縮機(jī)性能的影響。

我們使用 COMSOL Multiphysics 的固體傳熱接口建立了一個(gè)瞬態(tài)傳熱仿真。然后，需要提供冰淇淋、蛋白糖霜和海綿蛋糕的密度、熱導(dǎo)率和熱容量作為仿真輸入。

多孔結(jié)構(gòu)傳熱模擬涉及對多孔介質(zhì)內(nèi)部復(fù)雜的熱量傳遞過程進(jìn)行建模和分析，這類模擬對于優(yōu)化材料設(shè)計(jì)、提高能源效率以及解決環(huán)境問題等方面具有重要意義。本案例介紹在COMSOL內(nèi)建立全連通多孔結(jié)構(gòu)幾何模型，并將孔隙及基體劃分兩相材料，進(jìn)行多孔結(jié)構(gòu)的傳熱仿真模擬。

多孔介質(zhì)中的自然對流和傳熱研究在地?zé)嵯到y(tǒng)、隔熱材料、食品加工以及化學(xué)反應(yīng)器設(shè)計(jì)等領(lǐng)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(zhì)幾何模型并模擬其內(nèi)部自然對流與傳熱過程的方法。

在COMSOL內(nèi)選擇固體傳熱模塊，添加瞬態(tài)研究，并導(dǎo)入骨料密堆積模型。 對混凝土細(xì)觀模型的水泥砂漿及骨料部分分別指定材料，并設(shè)置密度、導(dǎo)熱系數(shù)、恒壓熱容等與傳熱相關(guān)的材料參數(shù)。 在固體傳熱中設(shè)置初始值，由于水化熱由水泥漿體產(chǎn)生，因此初始溫度設(shè)置中水泥砂漿基體溫度高于骨料溫度。

物理模型及邊界條件設(shè)置 本模型主要采用COMSOL 6.0軟件中的層流、流體傳熱以及非等溫流動多物理場模塊，其中流體傳熱添加了相變材料。詳細(xì)的物理模型及邊界條件設(shè)置如圖2所示。圖2 詳細(xì)的物理場選擇及邊界條件設(shè)置4.

結(jié)語 這篇文章，我們討論了穩(wěn)態(tài)以及瞬態(tài)共軛傳熱問題的質(zhì)量和能量守恒理論。還研究了如何用 COMSOL Multiphysics 計(jì)算能量和質(zhì)量守衡，來檢查仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性。為此，我們介紹了一些有用的派生值功能。預(yù)定義的能率變量很容易使用，可以避免自己手動進(jìn)行能率表達(dá)式的計(jì)算。我們使用了一個(gè)特定的例子來演示文中所涉及的主題，但所演示的方法可以擴(kuò)展到任何共軛傳熱問題。

多年來長期從事多物理場仿真工作研究，在模擬電磁效應(yīng)、結(jié)構(gòu)力學(xué)、聲學(xué)振動、流體流動、傳熱傳質(zhì)、化學(xué)反應(yīng)等多物理場協(xié)同仿真領(lǐng)域積累了大量的經(jīng)驗(yàn)，主持多項(xiàng)國家級科研項(xiàng)目和企業(yè)合作研發(fā)工程項(xiàng)目，擁有豐富的科研及工程技術(shù)經(jīng)驗(yàn)、資深的技術(shù)底蘊(yùn)和專業(yè)背景。擁有多項(xiàng)國家專利。長期為中國核物理研究院、中科院等各大研究所提供技術(shù)支持和項(xiàng)目咨詢，并多次到北航、電子科大、山東大學(xué)等高校進(jìn)行多物理場仿真培訓(xùn)。

image_process=/format,webp/resize,w_219" alt="基于comsol的鋰電池疊片電化學(xué)耦合熱分析的圖1" width="219"></span></p><p><br></p><div contenteditable="false" width="100%"><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/202009

本分享基于SMLP插值方法，在商業(yè)軟件COMSOL中復(fù)現(xiàn)傳熱拓?fù)鋬?yōu)化中的經(jīng)典體-點(diǎn)問題。本分享主要分為兩個(gè)部分：模型介紹以及在軟件操作。1，模型介紹體-點(diǎn)問題可以理解為整個(gè)優(yōu)化區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生的熱量全部通過一點(diǎn)（熱沉）傳遞到外界。所以其余邊界設(shè)置成絕緣邊界。主要問題是為了找到滿足目標(biāo)函數(shù)的高導(dǎo)熱材料的分布。

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(zhì)或者直接接觸，發(fā)生的一種耦合換熱現(xiàn)象。 ◆流體傳熱與固體傳熱相互耦合。 ◆由于流體求解器同時(shí)具備流體與固體傳熱計(jì)算的能力，因此可以直接采用流體求解器進(jìn)行求解，無需使用流固耦合計(jì)算。

與溫度分布不同，對于考慮或不考慮共軛傳熱(CHT)的情況，轉(zhuǎn)子表面的壓力分布幾乎相同。這意味著共軛傳熱(CHT)對壓縮機(jī)性能的影響可能很小。 圖7 共軛傳熱模型中不同曲軸轉(zhuǎn)角下的壓力分布云圖： (a)24°(b)48°(c)72°(d)96°(e)120° 表2比較了考慮和不考慮共軛傳熱(CHT)情況下的氣體質(zhì)量流量和轉(zhuǎn)子功率。