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共轭传热分析

发布时间2019-11-04人气:78

共轭传热分析

分析类型的共轭传热(CHT)通过固体流体域之间的界面交换热能来模拟固体流体之间的传热它要求多区域 网格在计算域中具有清晰的接口定义。可以使用网格创建器中的十六进制主导参数操作来创建此类网格。

这种分析类型的典型应用是模拟热交换器,电子设备的冷却以及通用的冷却和加热系统。

简化散热器周围的自然对流

简化散热器周围的自然对流

在下文中,讨论了共轭传热模拟设置。

分析性质

在分析属性下,选择了湍流模型和仿真的时间依赖性。

下面详细介绍了可用的各种选项。

湍流模型

应根据流动状态选择湍流模型。流中,与低雷诺数有关,粘性效应控制着流动,而湍流可以忽略。该流动状态的特征在于规则的流动层。

另一方面,湍流的特征在于与高雷诺数相关的混沌和不规则模式为了模拟湍流,应选择合适的湍流模型。当前,支持以下模型:


    • k-厄普西隆

    • 欧米茄

    • 雷诺平均纳维尔–斯托克斯(RANS)



    • 马格林斯基

    • 大涡模拟(LES)


时间依赖性

模拟有两种变体:稳态瞬态流。

稳态 如果您仅对时间平均或与时间无关的解决方案感兴趣,并且流动条件不会随时间变化,请考虑进行稳态仿真。稳态仿真对计算的要求较低。

瞬态 为了考虑时间相关的影响,请考虑进行瞬态仿真。瞬态仿真在计算上昂贵且具有挑战性。

解算器

共轭传热模拟使用以下OpenFOAM®求解器:

  • chtMultiRegionFoam

用于层流或湍流的瞬态模拟。该求解器使用PIMPLE方法进行迭代求解。

  • chtMultiRegionSimpleFoam

用于层流或湍流的稳态模拟。该求解器使用SIMPLE方法进行迭代求解。

为了在给定执行CHT模拟, 您必须通过创建网格来离散化几何。“ CAD处理”和“网格划分”的详细信息在“ 预处理”部分中进行了描述

注意

对于CHT分析,CAD必须满足某些必要要求,这些要求可以在“预处理”部分中看到。

在将网格域分配给模拟后,可以在建立模拟时使用与网格相关的与领域相关的实体。

另外,可以查看网格或定义新实体,例如“ 拓扑实体集”,以促进仿真设置过程。以下各节介绍了每个步骤的详细信息:

  • 几何基元

  • 拓扑实体集

  • 介面

  • 啮合

模型

模型下,必须定义系统的重力和热特性(对于所有区域)。此外,如果使用LES湍流模型,则还应指定LES delta系数。

材料

对于CHT,可以从材料库中获得几种流体和固体材料

流体材质

流体材料的属性和行为被定义热流体模型

用户可以选择各种选项,详细信息请参见“ 导热油属性”导热油性能

固体材质

固体材料的属性和行为被定义热实体模型

用户具有各种选项进行选择从中详细描述下热固特性热固性能

初始条件

共轭传热模拟中,将针对压力(p),速度(U),温度(T)等求解计算域。根据求解器的选择,可能包括其他湍流传输量。初始条件在仿真的稳定性和计算时间中起着至关重要的作用。因此,为仿真定义合适的初始条件非常重要。

重要

建议将初始条件设置为接近预期解决方案,以避免潜在的收敛问题。

对于CHT分析类型,速度温度变量可以通过每个区域的“ Subdomian”统一或分别初始化。下面将详细介绍这两种方法。

  • 制服

  • 基于子域

边界条件

最后,以下边界条件可用于每个变量:

  • 速度入口

  • 压力入口

  • 速度出口

  • 压力出口

  • 定期的

  • 对称

  • 自订

重要

通常,必须为除界面之外的所有曲面指定边界条件。

数值

数值设置在模拟配置中起着重要作用。理想情况下,它们可以增强仿真的稳定性和鲁棒性。由于最佳组合并非总是容易找到的,因此尝试使默认值尽可能有意义和相关。

但是,所有数值设置均可供用户完全控制仿真。这些设置分为三类:


    • 性质

    • 此处设置了有关速度和压力方程的迭代求解器的所有属性。这些设置包括松弛因子,残差控制和求解器特定的调整。但是,根据求解器(例如PIMPLE,PISO等),将调整这些设置。对于每个字段,平台上都会提供一条帮助消息。


    • 解算器

    • 在这一部分中,可以单独选择用于计算每个变量的线性求解器。选择求解器后,便可以使用一组预处理器/平滑器及其容差。为了帮助选择最佳求解器,每个字段都会提供一条帮助消息。


    • 时间差异

    • 梯度

    • 发散

    • 拉普拉斯式

    • 插补

    • 表面法线梯度

    • 数值方案

    • 这些方案确定了如何将控制方程式中的每个项离散化。方案分为以下几类:

重要

通常,对于数值方案,默认选择是最佳选择,无需更改。

模拟控制

仿真控制设置定义在模拟的一般控制。可以设置迭代次数,仿真间隔,时间步长和其他几个设置。可以使用以下控件:

  • 可调时间步

  • 写控制

  • 计算核心数

  • 最大运行时间

  • 分解算法

结果控制

结果控制允许用户定义额外的模拟结果输出。每个结果控制项都提供需要额外计算的数据。可以使用以下结果控制项:


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