CAE知识讲堂---ProE高级技巧

2017-03-27 by:CAE仿真在线来源:互联网

1 分界面对流系数(Film coefficient)

长期以来,一直听说ANSYS中流体与固体表面不需要设置传热对流系数(Film coefficient),但一直没有确凿的证据。

即使根据告诉者的程序,其实他们也是在分界面上设置了对流系数系数,那问题就是这个非常理论化的参数如何设置呢?以及如何加载上去呢?

(1) 加载指令

假设需要加载,对应指令为:

SF, Nlist, Lab, VALUE, VALUE2

一定注意的是一次加载至少需要两个节点,即不能单独加载在一个节点上;Lab=Conv即可;Value是指设置的对流系数;Value2是指Bulk temperature,不能认为是环境温度(ambient temperature),应该是分界面对流流体的温度。

(2) 如何加载?

在执行如上指令时一定要“去掉”(即“反选择”)分界面某一侧的单元,否则不能加上对流系数。这个可以通过查看负荷(Loads)>on surface>on nodes看看到底如何?

反选择的指令:

Esel,U,Mat,,1 !这里“反选择”的是“流体”,保留的是固体。

(3) 困惑?

经过反复计算,对流系数高度影响温度场的分布,并且系数越大,内部导体温度越低,可以解释为对流越激烈,也可以通过牛顿冷却公式解释。此时,如何设置这个系数成为困惑之一?

另外,后处理发现,可以获取所有节点的对流系数,只是在分界面上不等于0,其余节点均为0。

困惑2:分界面上的对流系数到底是起始设置的值还是最终计算的值?如果设置的值仅做迭代的初值,那最终结果不应该与该系数有关系。但事实上,并非如此。

(4) 正解:

终于,在ANSYS的“Help>Help Topics>目录>Fluids Analysis Guide>CFD>Thermal loads and boundary condition>4.3.1.3”中找到了如下的答案:

You specify heat flux and heat transfer coefficients at external model boundaries. You cannot specify them at general internal surfaces. You can specify heat flux and heat transfer coefficients at internal boundary faces (such as fluid/solid interface surfaces), but FLOTRAN will issue a warning because they are probably incorrect. In a standard FLOTRAN analysis the heat transfer at a fluid/solid boundary is a desired result, not a boundary condition. If you wish to apply a heat flux or a heat transfer coefficient, you should apply it at the external solid material boundary, or at the edge of the fluid region without modeling the solid material in the analysis. If you specify a film coefficient or a heat flux at an internal fluid/solid interface, FLOTRAN interprets it to be a line/area heat source or sink. You can prescribe temperatures anywhere.

由上解释,结合本人经验,100%地可以确定:

(1) 对流系数仅需要加载在整个模型的“外边界”。不能加载在内部边界,如电缆热分析时电缆和空气全部建立模型时,但是在分界面不能付对流系数。这也结论解决了我们长期的困惑。

(2) 如果一定要在内边界定义对流系数,则认为在该边界上有热源,显然这个很难做到。

自此得到结论:流-固体边界上不需要设置对流系数,该系数是一个后处理得到的结果,而不是已知条件,这也是流体热计算和纯温度场的区别所在。

2 分界面速度的处理:

(1) 静止固体

显然分界面上气体的速度为0,则可以加载:

D,All,Vx,0,,,,Vy,Vz

在此之前,必须选择相关节点。

(2) 未处理的分界面

假设流体与固体的分界面未做速度的任何处理,则只能满足所有速度为0。经过反复试计算,是否赋零得到所有物理量的结果都相同。

(3) 运动的固体