【Fluent實(shí)例】汽車風(fēng)擋除霜【轉(zhuǎn)發(fā)】

2019-03-15  by:CAE仿真在線  來源:互聯(lián)網(wǎng)

本案例利用Fluent中的凝固/熔化模型計(jì)算汽車風(fēng)擋除霜過程。

在案例中考慮以下問題:(1)除霜時(shí)間尺度大于車艙內(nèi)空氣流動(dòng)時(shí)間尺度;(2)假設(shè)車艙內(nèi)流動(dòng)為穩(wěn)態(tài);(3)只有溫度與液相體積分?jǐn)?shù)隨時(shí)間發(fā)生變化。

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啟動(dòng)Fluent

  • 以3D、Double Precision方式啟動(dòng)Fluent

  • 利用菜單File → Read → Mesh…讀取網(wǎng)格文件EX10.msh

計(jì)算網(wǎng)格如圖所示。

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網(wǎng)格包含三個(gè)計(jì)算區(qū)域:車艙(流體域)、玻璃(固體域)、霜(流體域)。對于風(fēng)擋除霜問題,一般建議玻璃和霜的區(qū)域采用棱柱層網(wǎng)格(六面體或三棱柱),車艙區(qū)域可以采用四面體或六面體網(wǎng)格。

  • 雙擊模型樹節(jié)點(diǎn)General,點(diǎn)擊右側(cè)額面板按鈕Scale…彈出網(wǎng)格縮放對話框,如下圖所示,選擇設(shè)置View Length Unit In為in,點(diǎn)擊Close按鈕關(guān)閉對話框

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Models設(shè)置

  • 鼠標(biāo)右鍵選擇模型樹節(jié)點(diǎn)Models > Energy,點(diǎn)擊彈出菜單項(xiàng)On激活能量方程

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  • 鼠標(biāo)右鍵選擇模型樹節(jié)點(diǎn)Models > Viscous,點(diǎn)擊彈出菜單項(xiàng)Model → Standard k-epsilon激活湍流模型

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  • 鼠標(biāo)雙擊模型樹節(jié)點(diǎn)Models > Solidification & Melting彈出設(shè)置對話框,如下圖所示,激活選項(xiàng)Solidfication/Melting,其他參數(shù)保持默認(rèn)設(shè)置,點(diǎn)擊OK按鈕關(guān)閉對話框

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Materials設(shè)置

本案例涉及到三種材料:空氣(air)、玻璃(glass)以及冰水混合物(ice_water)。

1、修改材料air的參數(shù)

  • 鼠標(biāo)雙擊模型樹節(jié)點(diǎn)Materials > Fluid > air,彈出設(shè)置對話框,如下圖所示,材料參數(shù)保持默認(rèn)設(shè)置

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注:本案例中發(fā)生相變的材料僅為ice_water,但為了計(jì)算穩(wěn)定,可設(shè)置空氣凝固溫度及液化溫度均為一個(gè)較小的值,如設(shè)置凝固溫度為1 K,設(shè)置液化溫度為2 K。

2、創(chuàng)建材料ice-water

  • 鼠標(biāo)右鍵模型樹節(jié)點(diǎn)air,點(diǎn)擊彈出菜單項(xiàng)Copy…創(chuàng)建新材料

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  • 如下圖所示設(shè)置材料屬性

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3、創(chuàng)建材料glass

  • 鼠標(biāo)雙擊模型樹節(jié)點(diǎn)Materials > Solid > aluminum,彈出如下圖所示設(shè)置對話框,按圖中參數(shù)修改材料屬性,點(diǎn)擊按鈕Change/Create按鈕,彈出對話框中點(diǎn)擊按鈕Yes覆蓋原有參數(shù)

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Cell Zone Conditions設(shè)置

  • 鼠標(biāo)雙擊模型樹節(jié)點(diǎn)Cell Zone Conditions > fluid-15,彈出如下圖所示對話框,設(shè)置Zone Name為cabin-cells,設(shè)置Material Name為air,其他參數(shù)保持默認(rèn)設(shè)置,點(diǎn)擊OK按鈕關(guān)閉對話框

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  • 鼠標(biāo)雙擊模型樹節(jié)點(diǎn)Cell Zone Conditions > fluid-23,彈出如下圖所示對話框,設(shè)置Zone Name為ice-cells,設(shè)置Material Name為ice-water,其他參數(shù)保持默認(rèn)設(shè)置,點(diǎn)擊OK按鈕關(guān)閉對話框

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  • 鼠標(biāo)雙擊模型樹節(jié)點(diǎn)Cell Zone Conditions > solid,彈出如下圖所示對話框,設(shè)置Zone Name為glass,設(shè)置Material Name為glass,其他參數(shù)保持默認(rèn)設(shè)置,點(diǎn)擊OK按鈕關(guān)閉對話框

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Boundary Conditions設(shè)置

1、velocity-inlet-22設(shè)置

  • 鼠標(biāo)雙擊模型樹節(jié)點(diǎn)Boundary Conditions > velocity-inlet-22彈出設(shè)置對話框,設(shè)置Velocity Magnitude為3.2 m/s

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  • 切換至Thermal標(biāo)簽頁,設(shè)置Temperature為255.2 K

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2、pressure-outlet-3設(shè)置

  • 鼠標(biāo)雙擊模型樹節(jié)點(diǎn)Boundary Conditions > pressure-outlet-3彈出設(shè)置對話框,Momentum標(biāo)簽頁中采用下圖所示參數(shù)設(shè)置

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  • 切換至Thermal標(biāo)簽頁,設(shè)置Temperature為273 K

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穩(wěn)態(tài)計(jì)算

本案例先進(jìn)行穩(wěn)態(tài)計(jì)算,后面再切換到瞬態(tài)計(jì)算。

6.1 Methods設(shè)置

  • 鼠標(biāo)雙擊模型樹節(jié)點(diǎn)Methods,右側(cè)面板采用下圖所示參數(shù)設(shè)置

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6.2 Controls設(shè)置

  • 右鍵選擇模型樹節(jié)點(diǎn)Solution > Controls,點(diǎn)擊彈出菜單項(xiàng)Equations…打開設(shè)置對話框

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  • 取消選項(xiàng)列表項(xiàng)Energy,點(diǎn)擊OK按鈕關(guān)閉對話框

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注:這里計(jì)算穩(wěn)態(tài)時(shí)不考慮傳熱。

6.3 Initialization計(jì)算

  • 鼠標(biāo)雙擊模型樹節(jié)點(diǎn)Initialization,右側(cè)面板選擇選項(xiàng)Standard Initialization

  • 選擇Compute from為velocity-inlet-22,點(diǎn)擊按鈕Initialize開始初始化

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  • 點(diǎn)擊按鈕Patch…按鈕彈出對話框,如下圖所示,設(shè)置區(qū)域ice-cells初始條件下x方向速度為0

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  • 初始化Y Velocity =0 , Z Velocity =0

  • 初始化Turbulence Kinetic Energy = 1e-14,Turbulence Dissipation Rate = 1e-20

6.4 Run Calculations

  • 鼠標(biāo)雙擊模型樹節(jié)點(diǎn)Run Calculation,右側(cè)面板設(shè)置Number of Iterations為300,點(diǎn)擊按鈕Calculate開始穩(wěn)態(tài)計(jì)算

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瞬態(tài)計(jì)算

7.1 General設(shè)置

  • 鼠標(biāo)雙擊模型樹節(jié)點(diǎn),右側(cè)面板激活選項(xiàng)Transient啟用瞬態(tài)計(jì)算

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7.2 讀取profile文件

  • 利用TUI命令file/read-transient-table blow.tab讀取table文件

出現(xiàn)線圖所示提示表示文件讀取成功。

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7.3 Boundary Conditions設(shè)置

  • 鼠標(biāo)雙擊模型樹節(jié)點(diǎn)Boundary Conditions > velocity-inlet-22彈出設(shè)置對話框,進(jìn)入Thermal標(biāo)簽頁,設(shè)置Temperature為blower temper

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7.4 Controls設(shè)置

  • 選擇模型樹節(jié)點(diǎn)Solution > Controls,點(diǎn)擊彈出菜單項(xiàng)Equations…打開設(shè)置對話框

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  • 如下圖所示,選擇列表項(xiàng)Energy,取消選擇Flow及Turbulence

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注:這里假設(shè)車艙內(nèi)流場穩(wěn)定,僅考慮傳熱。

7.5 AutoSave設(shè)置

  • 鼠標(biāo)雙擊模型樹節(jié)點(diǎn)AutoSave彈出設(shè)置對話框,如下圖所示,設(shè)置Save Data File Every為40 Time Steps,點(diǎn)擊OK按鈕關(guān)閉對話框

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7.6 Run Calculation

  • 鼠標(biāo)雙擊模型樹節(jié)點(diǎn)Run Calculation,右側(cè)面板設(shè)置Time Step Size為5,設(shè)置Number of Time Steps為200,點(diǎn)擊按鈕Calculate開始計(jì)算

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計(jì)算結(jié)果

查看風(fēng)擋面上液相分布,以反映除霜效果。

  • 利用菜單File → Read → Data…讀取不同時(shí)刻的dat文件

  • 鼠標(biāo)雙擊模型樹節(jié)點(diǎn)Results > Graphics > Contours,彈出如下圖所示設(shè)置對話框,設(shè)置Contours of為Solidification/Melting…及Liquid Fraction,選擇Surfaces為shield-outer-shadow

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  • 如下圖所示為400 s時(shí)刻風(fēng)擋上液相分布

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  • 如下圖所示為600 s時(shí)刻風(fēng)擋上液相分布

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  • 如下圖所示為800 s時(shí)刻風(fēng)擋上液相分布

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  • 如下圖所示為1000 s時(shí)刻風(fēng)擋上液相分布

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動(dòng)態(tài)圖如下。

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