Fluent流固耦合傳熱問題

2017-08-25 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

Ansys結(jié)構(gòu)分析模塊mechnical本身具有熱分析功能,但是當(dāng)熱邊界條件比較復(fù)雜并且涉及流體換熱時,顯然使用該模塊就難以解決。因此這里簡單敘述下如何使用fluent進(jìn)行簡單的流固耦合傳熱問題。

說明:整體分析會走solidwroks-hypermesh-ansys流程,因此會詳細(xì)說明如何使用hypermesh處理該模型以及導(dǎo)入fluent中。

1.問題描述

一手機(jī)置于桌面上,內(nèi)部芯片發(fā)熱功率為1W,芯片材料為銅:密度8900kg/m^3,導(dǎo)熱系數(shù)398W/(m.K) 機(jī)身材料為鐵:密度7850kg/m^3,導(dǎo)熱系數(shù)81.1W/(m.K)。試分析來流風(fēng)速1m/s(室溫取289K)時,機(jī)身的溫度分布情況(機(jī)身與桌面之間的換熱系數(shù)為5W/(m^2.K)簡單這樣處理下)。

2.幾何模型建立

幾何模型比較簡單,使用solidworks分別建立芯片,機(jī)身與空氣三部分。由于solidworks貌似不提供基本布爾操作命令,這里直接使用拉伸以及拉伸切命令即可建立三部分。由于模型對稱,也可以直接建立一般的模型,這里先建立全部模型,隨后到hypermesh切開。

3.網(wǎng)格劃分

A.將建立好的模型另存為x_t格式,導(dǎo)入hypermesh中。首先將模型切成兩部分,只留一半進(jìn)行分析以降低計(jì)算量,然后進(jìn)行極為重要的一步:關(guān)聯(lián)幾何體。由于使用fluent進(jìn)行流固耦合分析時,需要各個分析域共用節(jié)點(diǎn),這樣fluent才能通過讀取交界面自動生成匹配的耦合面。而從sw倒過來的幾何體之間是不相關(guān),因此使用hypermesh的關(guān)聯(lián)幾何體功能保證幾何體網(wǎng)格的連續(xù)性,這比分開劃分再合并節(jié)點(diǎn)要省事兒得多。實(shí)現(xiàn)該步驟使用如下命令:

B.將三個體關(guān)聯(lián)之后,為了得到更好的網(wǎng)格,需要對該幾何模型進(jìn)行切分,使用solid edit中的用面切割體,得到如下切割好的幾何模型:

C.切割完成之后,由里向外,逐漸生成三維網(wǎng)格。其中芯片網(wǎng)格尺寸采用0.5mm,機(jī)身采用1mm,空氣采用3mm。為了使得空氣與近機(jī)身部分網(wǎng)格尺寸相差不那么大,使用偏置來實(shí)現(xiàn)網(wǎng)格近密遠(yuǎn)疏。最終劃分得到如下三維網(wǎng)格:

4.命名邊界條件類型

這里總共需要定義五類邊界:壁面,對稱面,耦合傳熱面,進(jìn)口,出口。邊界的命名需要使用工具find face,將需要定義的邊界面單元移動到建立好的集合中。這里以流體域的各類邊界為例進(jìn)行說明:

單獨(dú)顯示空氣域網(wǎng)格,使用tool-faces,選擇所有單元,然后點(diǎn)擊find faces,即可生成流體域的外圍面網(wǎng)格。然后建立五個組件,分別來存放進(jìn)口網(wǎng)格,出口網(wǎng)格,對稱面網(wǎng)格,下壁面網(wǎng)格,其余壁面網(wǎng)格。最后使用tool-organize將對應(yīng)面網(wǎng)格移動到對應(yīng)組建中,移動好之后如下(同理完成其他邊界的命名與存放):

上述操作完畢后,最后進(jìn)行耦合面的命名。對于耦合面,我們只需要單面網(wǎng)格就行,這和交界面不一樣。例如:芯片與機(jī)身的耦合面我們只需要定義一個耦合面如chip-base,導(dǎo)入fluent之后會自動根據(jù)重合節(jié)點(diǎn)生成chip-base-shadow。

全部定義完之后得到總體網(wǎng)格如下: