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【Fluent热分析】04:热辐射

内容纲要

1

 简介

本案例利用Fluent中的DO辐射模型计算汽车头大灯内的辐射及自然对流现象。

涉及到的内容包括:

  • 在ANSYS FLUENT中读取现有的网格文件。

  • 设置DO辐射模型。

  • 设置材料属性和边界条件。

  • 求解能量和流动方程。

  • 初始化并计算求解。

  • 后处理结果数据。

2

案例描述

如图所示为汽车前大灯结构。其中灯泡功率为40W, 通过辐射及自然对流与外界交换热量。灯泡由玻璃制成,透镜,外壳和反光镜则由聚碳酸酯制成。

3

Fluent设置

3.1 启动Fluent并读取网格
  • Double Precision方式启动Fluent

  • 点击菜单项File → Read → Mesh…读取网格文件head-lamp.msh.gz

查看网格如图所示。

3.2 缩放网格
  • 双击模型树节点General,点击右侧额面板按钮Scale…,弹出网格缩放对话框

  • 设置Mesh Was Created Inmm,点击按钮Scale进行网格缩放

  • 点击按钮Close关闭对话框

3.3 Models设置

启动DO辐射模型。

  • 双击模型树节点Models > Radiation,弹出辐射模型设置对话框

  • 选择ModelDiscrete Ordinates

  • 设置Energy Iteration per Radiation Iteration1

  • 设置Angular Discretization下的Theta Divisions及Phi Divisions均为2

  • 设置Theta Pixels及Phi Pixels均为6

  • 点击OK按钮关闭对话框

注意:

对于存在半透明介质的辐射问题,通常设置Theta Divisions及Phi Divisions不小于3,然而该参数值越大,计算量越大。

3.4 Materials
  • 鼠标右键选择模型树节点Materials > Solid,点击弹出菜单项New…新建材料

  • 如下图所示定义材料glass

相同方式定义其他材料,如表所示。

参数 Polycarbonate coating socket

Density

1200

2000

2719

Cp

1250

400

871

Thermal Conductivity

0.3

0.5

0.7

Absorption Coefficient

930

0

0

Scattering Coefficient

0

0

0

Refractive Index

1.57

1

1

材料创建完毕后,模型树节点如图所示。

  • 双击模型树节点Materials > Fluid > air,弹出属性修改对话框

  • 修改Densityincompressible-ideal-gas,设置Thermal Conductivitypolynomial

  • 设置Thermal Conductivitypolynomial,点击后方的Edit按钮编辑参数

  • 设置Coefficients4,分别设置系数为-2.0004e-03, 1.1163e-04, -6.3191e-08, 2.1301e-11

  • 点击OK按钮关闭对话框

  • 点击按钮Change/Create修改参数

小提示:

由于计算域中温度范围很宽,从350 K~2800 K,在如此宽的温度范围内,空气的热传导系数不应该是一个常数。这里将热传导系数定义为温度的多项式函数。

3.5 Cell Zone Conditions

为区域指定材料。

  • 双击模型树节点Cell Zone Conditions,右侧面板列表框中显示了所有计算域

  • 双击列表项cell-reflector,弹出区域设置对话框,设置选项Material Namepolycarbonate,激活选项Participates In Radiation,点击OK按钮关闭对话框

相同方式设置其他计算域材料,如下表所示。

计算域 材料

cell-bulb

glass

cells-housing-air

air

cells-lens

polycarbonate

cells-bulb-inside

air

3.6 Operating Conditions
  • 双击模型树节点Cells Zone Conditions,点击右侧面板中按钮Operating Conditions…,弹出操作添加设置对话框

  • 激活选项Gravity,设置重力加速度为Y方向-9.81 m/s2

注意:

本案例流体介质密度定义为温度的函数(不可压缩理想气体),因此需要指定沿重力加速度方向体积力项参考密度。若不指定参考密度,系统会利用计算域平均密度作为参考密度。

3.7 Boundary Conditions

1、设置边界lens-inner

  • 鼠标双击模型树节点Boundary Conditions,双击右侧面板边界列表项lens-inner,弹出边界设置对话框

  • 切换至Radiation标签页,设置BC Typesemi-transparent,设置Diffuse Fraction0.05,点击OK按钮关闭对话框

2、设置边界lens-inner-shadow

  • 相同方式设置边界lens-inner-shadowBC Typesemi-transparentDiffuse Fraction0.05

3、设置边界lens-outer

  • 设置边界lens-outer,其Thermal标签页如下图所示设置

  • 切换至Radiation标签页,按下图所示设置

4、设置边界bulb-outer

  • 双击列表项bulb-outer,弹出边界设置对话框,切换至Raidation标签页

  • 设置BC Typesemi-transparent,设置Diffuse Fraction0.05,点击OK按钮关闭对话框

5、设置边界bulb-outer-shadow

  • 双击列表项bulb-outer-shadow,弹出边界设置对话框,切换至Raidation标签页

  • 设置BC Typesemi-transparent,设置Diffuse Fraction0.05,点击OK按钮关闭对话框

6、设置边界bulb-inner

  • 双击列表项bulb-inner,弹出边界设置对话框,切换至Raidation标签页

  • 设置BC Typesemi-transparent,设置Diffuse Fraction0.05,点击OK按钮关闭对话框

7、设置边界bulb-inner-shadow

  • 双击列表项bulb-inner-shadow,弹出边界设置对话框,切换至Raidation标签页

  • 设置BC Typesemi-transparent,设置Diffuse Fraction0.05,点击OK按钮关闭对话框

8、设置边界bulb-coatings

  • 双击列表项bulb-coatings,弹出边界设置对话框,切换至Thermal标签页

  • 设置Materials Namecoating

  • 设置Wall Thickness0.1 mm

9、设置边界reflector-outer

  • 双击列表项Reflector-outer,在弹出的对话框中切换至Thermal标签页

  • 设置Thermal ConditionsMixed

  • 设置Heat Transfer Coefficient7 w/m2-k

  • 设置Free Stream Temperature7 K

  • 设置External Emissivity0.95

  • 设置External Radiation Temperature300 K

其他参数保持默认设置。

10、设置reflector-inner

  • 设置Thermal标签页下参数Internal Emissivity0.2

  • 设置Radiation标签页下参数Diffuse Fraction0.3

  • 其他参数保持默认设置

11、设置Rfelctor-inner-shadow

  • 设置Thermal标签页下参数Internal Emissivity0.2

  • 设置Radiation标签页下参数Diffuse Fraction0.3

  • 其他参数保持默认设置

12、设置边界filament

假设灯泡电功率为40 W,灯泡表面积6.9413E-6 m2,可计算得到热通量为5760000 W/m2

3.8 Solution
  • 双击模型树节点Methods,右侧面板中设置SchemeCoupled

  • 设置PressureBody Force Weighted

  • 激活选项Warped-Face Gradient CorrectionHigh Order Term Relaxation

3.9 Initialization
  • 双击模型树节点Initialization,右侧面板中激活选项Standard Initialization

  • 选择选项Compute fromall-zones,点击按钮Initialize进行初始化

  • 点击按钮Patch,弹出设置对话框

  • 选择VariableTemperature,选择Zones to Patchcells-bulb-inside,设置Value500 k,点击Patch按钮进行初始化

3.10 Run Calculation
  • 双击模型树节点Run Calculation

  • 右侧面板设置参数Number of Iterations500

  • 点击按钮Calculate进行计算

4

计算结果

  • 双击模型树节点Results > Contours,弹出对话框中选择查看对称面上温度分布,如下图所示

对称面温度分布如图所示。

本篇文章来源于微信公众号: CFD之道

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文章名称:《【Fluent热分析】04:热辐射》
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  1. #1

    老师您好,这个模型链接能发一下吗

    simplify071年前 (2023-02-23)

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