FLUENT流体计算应用教程-温正 下

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FLUENT流体计算应用教程-温正 下
第6章传热和辐射计算应用 225 425e+t 4t2e401 398e+01 3 838+01 371e+0t 35e+1 3458+0t 331e+0t 3.1e+01 291e+01 227e+ 25401 2se+01 237+01 223e+01 2t0e+0 196e*01 1自3e+01 1Be+0 156+0 Profies of Static Temperature Ccy M新17,z008 FLUENT 6.3 (3d pbns, mg ke) 图6-17 Glass surfaces上的 Transmitted Visible Solar flu云图 如果用户没有玻璃的数据,可参考表6-6。 表6-6参数表6 Surface Material Radiant properties Walls Matt White Paint 0.26,am=0.9 Flooring Dark Grey Carpet ap=0.81,aB=092 Furnishings Various, generally mid coloured matt ay=0.75,a1R=0.9 Steel Frame Dark gray gloss an=0.78.am=0.91 0.49,a 0.49.a D 0.49 External Glass Double glazed coated glass rp=0.3,t=03,Tp=0.32 ay=0.09,a1=0.09,aD=0. Internal glass Single layer clear float glass p=0.83,T=0.83,T=0.75 6.4使用DO辐射模型的头灯热模型 64.1基本介绍 图6-18中给出了自动头灯的示意图。40W的电能在灯丝内消耗掉。灯丝的一部分热 量通过辐射传递,一部分通过自然对流传递。灯丝发出的辐射一部分穿过了灯泡,一部 分被反射,一部分被吸收。头灯的灯泡用玻璃制成,而镜片、灯座和反射器使用聚碳酸酯 制成 26· FLUENT流体计算应用教程 Bulb 图6-18头灯示意图 本实例演示了自动头灯流动和热模型的设置和求解过程。辐射的计算使用离散坐标 ①Do)模型进行建模。 FLUENT的壳层导热功能用于模拟薄金属片的导热,如未划分网格 的反射器、灯座和遮板等。使用壳层导热,求解器将增加一层棱柱体网格对平面方向的导 热建模。在本例,平面导热只在涂层上使用。 注意: 在 FLUENT5.5以后的版本中都引入了平面导热的并行运算,然而在串行求解器中需 要分割模块 通过本实例的演示过程,用户将学习到: 将已经存在的网格文件读入 FLUENT 设置DO辐射模型; 设置物质属性和边界条件; 求解能量和流动方程; 解的初始化和获取; 保存工程和数据文件; 进行结果的后处理。 642预备知识 本例中假定用户熟悉 FLUENT的界面,并了解DO辐射模型,在设置的求解过程中一 些基本步骤就不明确给出。 在具体的求解过程之前,需要进行如下的准备: 第6章传热和辐射计算应用 227 (1)将文件复制到用户的工作目录中。 (2)打开3D版的 FLUENT。 6.4.3实例操作步骤 步骤1:设置网格。 (1)读入网格文件( head-lamp. msh.gz) File→Read→Case 当 FLUENT读取网格文件时,在控制台窗口中会报告读取进展的信息。 (2)检查网格。 Grid→ Check FLUENT将进行各种网格检查,并在控制台窗口报告检查的进展信息。注意输出的最 小体积并保证该值为正数 (3)缩放网格。 Grid→ Scale. ①在 Units Conversion下拉列表中,选择mm来将短语标识 Grid Was Created In后文 本框改成mm(毫米),如图6-19所示 ②单击 Scale按钮,然后单击 Change Length Units按钮, Domain Extents的输出值单 位将为 mm。 关闭面板 显示网格 Display→Grid ①在 Surfaces下选择所有的表面区域,如图620所示 GrLd Display Options Edge T SerIe Gril F All bulb base Scale Factors Unlt Converslon C Feature bulb-base-shadow bulb coatings Grd Was Created In mm V Faces Outline bulb coatings shadow 厂 Partitons bstb innter Y.01 Change Length Units Shrink Factor Feature Anglebulb-inmer-shadow bulb-nuler z[.0 bulb outer shadow Surface Name Pattern Surface types Domain Extents 8p s Xmin (mm)-h. 12764 Xmax tmm 25 atch clip-surt exhaustion Ymin [mm)I-52.5 Ymax(mm)52.5 fan Zmin (mm)3. 06162e-15 max Imm) 52.8965 Outline Inter Scale Unscale Close Help Display. Close Help 图6-19缩放网格 图620显示网格 ②单击 Display按钮,并关闭面板。显示的网格如图621所示 228 FLUENT流体计算应用教程 FET日3p, 图6-21网格显示 步骤2:设置模型 激活DO辐射模型。 Define→ Models→ Radiation 在 Model面板下,选择 Discrete ordinates。 Radiation model面板就会展开,显示相关的输入项。 在 Angular Discretization下,保留 Theta Divisions和 Phi divisions的默认值2。 将 Theta Pixels和 Phi Pixels的值增加到6。 对于穿过半透明介质的辐射,推荐对 Theta Divisions和 Phi divisions的最小像素数为3。 注意: 经过半透明介质的辐射计算可能需要大量CPU时间 在 Iteration Parameters下,将 Flow Iterations Per Radiation Iteration的值减少到1, 如图6-22所示。 r Rosseland CPI C Discete Transter(DTRM ngular Discretization Non-Gray Model Surface to Surface (zS). Th mber of Bands e c Discrete Ordinates Do Phl Divisions Do/Eneigy Coupling Theta Pixels 6 Phi pixels SoiarLnad Solar Ray Train r Do irradiate Solar Calculator I Hel 图6-22激活DO辐射模型 第6章传热和辐射计算应用 229 单击OK按钮。 弹出消息窗口,告知加入了附加的物质属性,如图623所示。 Infor注tian Available material properties or methods have changed Please confirm the property values before continuing 图6-23物质属性的消息窗口 在消息窗口中单击OK按钮 激活辐射模型就会自动激活能量方程 步驟3:物质设置 Define→ Materials. (1)创建新的固体:玻璃。 ①从 Material Type下拉列表选择 solid ②在Name中输入 glass作为物质名称,并删除 Chemical Formula下的条目。 ③在 Properties下输入物质属性。 在 Density下输入220,在Cp下输入745。 对 Thermal Conductivity和 Absorption Coefficient分别输入1.38和831,如图624 所示 ●保留 Scattering Coefficient的默认值。 在玻璃中不存在将辐射散射到不同方向的微粒。 对 Refractive Index输入1.5。 tr⊥1 Name Material ly rder Materials By r Chemical Formula Chemieal formula Fluent Salid Materiels User-Delined atah-」 户De Cp Ugh constamt Thermal Cunductrvlsy加m好[mm na」 Changekcrenl Delete 图6-24玻璃属性设置 保留其他参数的默认值,并单击 Change/Create按钮。 将弹出如图6-25所示的消息窗口询问是否覆盖 aluminum 230 FLUENT流体计算应用教程 Question 2 Change/Create mbdure and Overwrite aluminum? Y es No 图6-25取消覆盖 aluminum ●单击No按钮。 注意: 如果用户覆盖了 aluminium,该组分就会从物质列表中去除。 (2)类似地,创建新的固体 polycarbonate,其属性输入如表6-7所示。 表67属性表1 属性 值 Densit 1200 C 1250 Thermal Conductivity 0.3 Absorption Coefficient 930 Scattering Coefficient Refractive Index 1.57 (3)类似地,创建新的固体 coating,其属性输入如表6-8所示。 表6-8属性表2 性 值 Density 2000 400 Thermal Conductivity 0.5 Absorption Coefficient 0 Scattering Coefficient 0 Refractive Index (4)类似地,创建新的固体 socket,其属性输入如表6-9所示。 第6章传热和辐射计算应用 231· 表6-9属性表3 属性 值 Density 2179 871 Thermal Conductivity 0.7 Absorption Coefficient 0 Scattering Coefficient 0 Refractive Index (5)修改空气的属性 ①从 Density下拉列表中选择 incompressible-ideal-gas,如图6-26所示 ②从 Thermal Conductivity下拉列表中选择 polynomial,打开如图6-27所示的 Polynomial Profile面板。 Metert了 Dider Materlals By Chemical forma went Fluld aterials _ Fluent Database Propertles Thermal CeeduelMty Mmrs pelmo 的y民m 千部 Change/CreateDelete 图6-26空气属性修改 Polynomial Profile Define In Terms of Coelielents I Thermal Conductivity 引 6-3191e 42,1381e-11 oK Help 图6-27 Polynomial Profile面板 注意 头灯中的温度在2800-3500K之间变化。因此,导热率会发生相当大的变化 导热率使用曲线拟合方法拟合到n阶多项式。使用最小平方近似的方法来确定多项式 中的系数。进行曲线拟合的属性数据是在大气压条件下得到的。 232· FLUENT流体计算应用教程 将 Coefficients的数量增加到4。 分别输入这4个系数的值-2.0006-3、1.1163e-4、-63191e-08和2.130le 11,并单击OK按钮。 ③保留 Absorption Coefficient和 Scattering Coefficient I的默认设置。 在这样高的工作温度下空气的 Absorption Coefficient(a)可以忽略。光学厚度(a×L) 的值要远小于1(L是某个特征长度)。 对于 Scattering Coefficient,空气中没有微粒将辐射散射到不同的方向上,因此散射系 数被设置为0假定湿度为0)。 ④保留其他参数值的默认设置 (6)单击 Change/Create按钮并关闭面板。 步骤4:操作条件。 Define-Operating Conditions (1)激活 Gravity,如图6-28所示的面板就会展开显示相关的输入项。 (2)在 Gravitational acceleration下,输入Y方向的值-9.81。 (3)单击OK按钮。 Pressure Gravity Operating Pressure (pascal) F Grav 11325 Gravitational Acceleration Reference Pressure Location X(m/s2o Y回ms29.81 NImmo Z(m/s2)e Z(mmO Boussinesq Parameters Operating Temperature[k 288.16 Variable-Density Para Specified Operating Density DK Cancel Help 图6-28激活Gr 因为密度定义成了温度的函数(不可压理想气体),所以需要指定Y方向动量方程中体 积力项中的参考密度。如果没有指定 Variable-Density Parameters,在每次迭代时,操作密 度就使用整个计算过程中的平均空气密度。 步骤5:边界条件设置 Define→ Boundary Conditions,设置面板如图6-29所示。 (1)将镜片的内表面设置成半透明。 ①从Zone列表中选择 lens-inner,,并单击Set按钮,内表面设置如图6-30所示 这是一个有两个侧面的内部壁面,因此与之相对应也有一个阴影区。阴影面向流体区域。

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