流体与固体耦合传热问题

haiwind009

Hi，大家好！
最近在研究流体与固体耦合传热问题，模拟问题描述：为环绕y轴对称2d模型，先建立一个2×7mm的矩形发热线圈（铜），再线圈周围包裹一层空气（空气厚度4mm），再在线圈的外围围着一圈固体（厚度2mm，材料为铁），最后在该模型上再围着一层厚厚的空气，边界温度设定为293k。
求解步骤如下：
fldata1,solu,flow,f
fldata1,solu,temp,t
fldata25,relx,temp,1.0
fldata2,iter,exec,1
fldata18,meth,temp,3
fldata,solu,tran,0
solve
fldata1,solu,flow,t
fldata1,solu,temp,t
fldata18,meth,temp,3
fldata,solu,tran,1
fldata4,time,step,1
fldata4,time,numb,20
fldata4,time,glob,30
fldata4,time,appe,1
solve
模拟出的结果如图所示：为什么外围固体铁的温度依然是293k呢，没有任何的温度变化呢？是否还需要别的什么设置吗？

Kiddosuper

你的帖子好像应该要发在        C04：ANSYS--CFD与热分析 才合适, 因为在这里并不是用ANSYS来解的, 而是用cfx来求解, 不相同的, 若有必要可以通知我移动帖子.

haiwind009

听说ansys的cfd分析也是兼并的一家公司的，请问那个软件包原来叫啥名字的呢

xiaov

现在CFX和FLuent都被Ansys合并了，但你用的还是Ansys最原始的Flotran计算的。先检查一下单位是否统一。为方便别人调试，把命令流给全是最好的。

haiwind009

这是完整的命令流，单位是国际单位制（kg-m-s-k）
/prep7
et,1,141,,,1
rectng,,40e-3,-20e-3,30e-3
rectng,10e-3,12e-3,,7e-3
rectng,4e-3,24e-3,-6e-3,13e-3
rectng,6e-3,22e-3,-4e-3,11e-3
a,8,7,15,16
a,8,5,13,16
a,5,13,14,6
a,6,14,15,7
a,16,12,11,15
a,16,12,9,13
a,13,9,10,14
a,14,10,11,15
a,12,4,3,11
,12,4,1,9
,9,1,2,10
,10,2,3,11
aovlap,all
numcmp,all
fldata7,prot,dens,air-si       !air
fldata7,prot,visc,air-si
fldata7,prot,spht,air-si
fldata7,prot,cond,air-si
fldata8,vary,dens,t             !allow density variation
mp,kxx,3,380   !copper(coil)
mp,c,3,385
mp,dens,3,8920
mp,kxx,2,3.2  !ferrite
mp,c,2,750
mp,dens,2,4400
asel,s,,,1
aatt,3,,1
asel,s,,,6,9
aatt,2,,1
asel,s,,,2,5
asel,a,,,10,13
aatt,1,,1
allsel
!mesh
lesize,8,0.2e-3
lesize,5,,,10
mshape,0,2d
mshkey,1
amesh,1
lsel,s,,,17,20
lesize,all,,,10,-3
allsel
lsel,s,,,21,24
lesize,all,,,3,-5
allsel
lsel,s,,,26,28
lesize,all,,,15,0.25
allsel
lesize,25,,,15,4
amesh,2,5
amesh,6,9
amesh,10,13
nsel,s,loc,x,0
d,all,vx,0
nsel,s,loc,x,40e-3
nsel,a,loc,y,-20e-3
nsel,a,loc,y,30e-3
d,all,temp,293
d,all,pres,0
allsel
asel,s,,,1
nsla,s,1
bf,all,hgen,1.64e7
allsel
/solu
fldata1,solu,flow,f
fldata1,solu,temp,t
fldata25,relx,temp,1.0
fldata2,iter,exec,1
fldata18,meth,temp,3
fldata,solu,tran,0
solve
fldata1,solu,flow,t
fldata1,solu,temp,t
fldata18,meth,temp,3
fldata,solu,tran,1
fldata4,time,step,1
fldata4,time,numb,20
fldata4,time,glob,30
fldata4,time,appe,1
solve
/post1
set,last
plnsol,temp
另外：ansys最原始的flotran是不是对流固耦合传热的问题处理得不是很好呢？

haiwind009

如果把中间产生热量的线圈的材料换成流体（空气）的话，环绕的那层铁就有了温度场，是否可以说ansys的flotran只能计算一次流固耦合呢？

haiwind009

我想明白原因了，不是ansys的求解设置问题，是我对传热本身的理解有问题。

Kiddosuper

如果你的设定正确的话, 应该热会往外传给空气, 直到最後的热平衡的.在此例中, 若是你原本的设定(即固体不改成流体)也应能照常能求解出正确的温度分布的. 若在CFX or Fluent中, 这都是基本的传热, 不会出问题的, 但是要注意判断是否达到热平衡.
这种分析可以大约用热阻观念估算一下, 可以预先了解大概的一个可能结果.

xiaov

haiwind009 ,你没有打开重力开关，空气速度为0吧。我用ansys算了一次没有你说的现象呀？ 另外，如果温度达到3000度的话，也应该考虑热辐射了。

haiwind009

我后来觉得应该是因为固体本身的导热性能很强，固体被很快的冷却了，所以分析出的结果就是围绕着的铁的温度差不多依然还在293k。（矩形发热线圈设定为铜）
我把固体的导热系数，调低了两个数量级之后，围绕线圈的固体就可以看出温度分布了。

to xiaov：是没有打开重力开关，你用ansys算出的结果是什么呢（是将发热线圈假定成铜还是空气的呢）？

xiaov

我用你的命令流计算的，材料参数都没改变。一会儿传张图看看。