1 案例概述

• 参考文献：T.H. Kuehn, R.J. Goldstein, “An Experimental Study of Natural Convection Heat Transfer in Concentric and Eccentric Horizontal Cylindrical Annuli”, Journal of Heat Transfer, Vol 100, pp. 635-640, 1978.

• 求解器：ANSYS Fluent

• 物理模型：传热、自然对流

案例几何如图所示。两个同心圆管，其中内管半径17.8 mm，温度373K，外管半径46.25 mm，温度327 K。

两管道间的环形空间内介质粘度2.081e-5 kg/m-s，比热1008 J/kg-K，热传导系数0.02967 W/m-K，密度考虑为不可压缩理想气体。研究管道竖直轴线上速度分布（图中的Top与Bottom）

2 Fluent设置

• 以2D、Double Precision模式启动Fluent

6.1 General设置

• 鼠标双击模型树节点General，右侧面板激活选项Gravity激活重力加速度

• 设置重力加速度为Y方向-9.81 m/s2

注：计算自然对流问题，必须考虑重力加速度。

6.2 Models设置

• 右键选择模型树节点Models > Energy，点击弹出菜单项On激活能量方程

注：自然对流问题必须考虑能量方程

6.3 Materials设置

• 鼠标双击模型树节点Materials > Fluid > air弹出材料属性设置对话框

• 如下图所示，设置Density为incompressible-ideal-gas

• 设置Cp为1008 j/kg-k

• 设置Thermal Conductivity为0.02967 w/m-k

• 设置Viscosity为2.081e-5 kg/m-s

• 点击按钮Change/Create修改参数

6.4 Boundary Conditions

1、wall-3边界

• 鼠标双击模型树节点Boundary Conditions > wall-3弹出设置对话框

• Thermal标签页设置Temperature为373 k，如下图所示

2、wall-4边界

• 鼠标双击模型树节点Boundary Conditions > wall-4弹出设置对话框

• Thermal标签页设置Temperature为327 k，如下图所示

6.6 Methods

• 鼠标双击模型树节点Methods，右侧面板如下图所示进行设置

注：大多数情况下SIMPLEC算法与SIMPLE算法收敛性差不多，但有时会表现更好一些。两种算法计算量相当。

6.7 Controls

• 鼠标双击模型树节点Controls，右侧面板如下图所示进行设置

6.8 Monitor

• 双击模型树节点Monitors > Residual，弹出设置对话框，如下图所示，设置残差标准为0.00001

6.9 Initialization

• 右键选择模型树节点Initialization，点击弹出菜单项Initialize进行初始化

6.10 Run Calculation

• 鼠标双击模型树节点Run Calculation，右侧面板如下图所示，设置Number of Iterations为300

• 点击按钮Calculate开始迭代计算

　3 验证结果

• 温度云图分布 
  

• 底部对称面温度分布

• 顶部对称面温度分布

链接：

https://pan.baidu.com/s/1SRGXmsW020kAP52J2wiZ6Q 

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