本案例演示利用CFX计算通电线圈产生的焦耳热以及共轭散热。

注：本案例来自CFX Tutorials文档。这文档是个好东西，有空多撸几遍，软件操作基本问题不大了。

1 问题描述

本案例几何模型如图所示。

计算区域中同时包含流体区域以及固体区域。其中流体为环形区域，内部介质为液态水，初始温度300 K，流速0.4 m/s。铜线圈具有4.4 v的电势差，初始温度550 k。假设铜线圈具有均匀的电导率59.6e6 S/m，且其表面沉积了1 mm的碳酸钙。

碳酸钙材料参数如表所示。

材料属性	参数值	单位
Molar Mass	100.087	kg kmol^-1
Density	2.71	g cm^-3
Specific Heat Capacity	0.9	J g^-1 K^-1
Thermal Conductivity	3.85	W m^-1 K^-1

2 CFX设置

• 启动CFX，如下图所示设置Work Directory，点击按钮CFX-Pre启动CFX

• 点击工具栏按钮New Case打开设置对话框，选择General项，点击按钮OK新建Case

2.1 导入计算网格

• 选择菜单Edit → Options…打开设置对话框

• 选择菜单File → Import → Mesh…打开文件选择对话框

• 如下图所示选择网格文件EX06.cas，点击OK按钮导入网格文件

导入模型如图所示。

2.2 材料编辑

1、Cooper

• 鼠标双击模型树节点Cooper弹出材料编辑对话框

• 如下图所示修改材料介质属性

2、添加材料Calcium Carbonate

• 添加新材料Calcium Carbonate

• 修改Thermodynamic State为Solid

• 如下图所示指定材料参数

2.3 计算区域设置

• 如下图所示删除默认区域Default Domain

1、创建区域WaterZone

• 点击工具栏按钮Domain创建计算区域

• 指定区域名称为WaterZone

• 如下图所示指定区域基本参数

• 指定流体模型，如下图所示

2、创建区域Coil

• 相同方式创建区域Coil

• 指定区域基本参数

• 指定区域参数

• 指定区域初始条件

2.4 边界条件设置

1、ground边界

• 如下图所示插入边界条件

• 指定边界名称为ground

• 在Basic Settings标签页中指定边界位置为Coil End 1

• 进入Boundary Details，指定Electric Field为Voltage，指定Voltage为0 V

2、hot

• 相同方式创建另一个边界hot，指定边界位置为Coil End 2

• 进入Boundary Details，指定Electric Field为Voltage，指定Voltage为0 V，指定电压为4.4 V，如下图所示

3、inlet

• 在WaterZone区域插入边界

• 指定边界名称为inlet

• 指定边界位置为inflow，如下图所示

• 指定入口速度为0.4 m/s，指定温度300 K，如下图所示

4、outflow

• 创建出口边界，指定其类型为Opening，指定其位置为outflow

• 如下图所示指定static Temperature为areaAve(T)@REGION:outflow

2.5 创建交界面

• 双击模型树节点Default Fluid Solid Interface

• 如下图所示指定参数

• 指定材料参数及壁厚，如下图所示

注：这里可以设置接触热阻，也可以指定薄壁层让软件自己计算接触热阻。

2.6 设置求解控制参数

• 鼠标双击模型树节点Solver Control弹出参数设置面板

• 指定最小迭代次数1，最大迭代次数为300，如下图所示

2.7 求解计算

• 点击工具栏按钮Define Run

• 软件会自动打开求解管理器。

2.8 求解计算

• 如下图所示设置并行计算参数，指定CPU数量，点击按钮Start Run开始求解计算

• 计算完毕后如下图所示，选中选项Post-Process Results，点击OK按钮打开CFD-Post进行后处理

3 计算结果

3.1 温度分布

• 铜管上温度分布

3.2 查看圆柱面上温度分布

为方便观察，可定义一个圆柱面。

• 如下图所示定义表达式expradius

• 创建变量radius，指定其表达式为expradius，如下图所示

• 创建等值面，指定变量radius的值为0.8，如下图所示

• 等值面上温度分布如图所示

3.3 查看温度沿线分布

• 按下图所示参数创建line

• 线上温度分布曲线如下图所示

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