STAR-CCM+:共轭传热案例

 时间:2024-10-06 04:05:27

STAR-CCM+是CD-adapco公司推出的CFD集成化平台,可对真殂翼瑟擀实条件下工作的产品和设计进行流体、固体的相关仿真。共轭传热,即流体和固体传热的相互耦合芟坳葩津,流体求解器能够求解流体热对流、热传导、热辐射,对于固体传热计算,只能求解热传导。模型描述:仿真高温翅片结构在低温空气中的稳态传热。

工具/原料

STAR-CCM+12.02.010

模型导入

1、双击桌面图标启动STAR-CCM+12.02.010程序,新建一个simulation,选择ParallelonLocalHost,ComputeProcesses设为2,点击OK。

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2、导入软件help自带的startutorialsdata文件夹里的体网格文件fin.ccm,由于模型在X、Y方向的尺寸远大于Z方向,且空气主要沿X向流动,因此可转化为2D模型进行仿真。

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3、菜单栏点击Mesh,选择Convertto2D,勾选Delete3DRegionsAfterConversion,3D模型即转化为2D模型。转化为2D模型必须满足:要投影的网格面必须平行于X-Y平面,且某一边界面必须在X-Y平面上,即Z=0的平面。

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4、导入模型默认单位为m,尺寸太大容易不收敛,因此将网格尺寸进行缩放,缩放因子为0.01。

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物理模型

1、删除Continua下默认建立的Physics1和Physics2,重命名Physics12D为Air,Physics22D为Al-Alloy。

2、双击Air>Models设置流体属性,同理,设置Al-Alloy>Models固体属性。

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3、点击Continua咯悝滩镞>Al-Alloy>Models>Solid>Al,在属性窗口依次设置Density为2800kg/罪焐芡拂m^3,SpecificHeat为880J/kg-K,ThermalConductivity为180W/m-K。如果不显示属性窗口,可点击菜单栏Window>Properties显示。

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4、点击Continua>Air>ReferenceValues,将Gravity设为[0.0,-9.81]m/s^2,ReferenceDensity设为1.27588kg/m^3。

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5、点击Continua>Air>InitialConditions>StaticTemperature,设为293K。同理,设Al-Alloy>StaticTemperature为343K。

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创建Interface

1、流体和固体之间需要创建Interface来传递质量、动量和能量,生成Interface后,用来生成Interface的boundary就不再起作用。

2、按着Ctrl同时选择钽吟篑瑜AIR2D>Boundaries>wall和AL2D>Boundaries&爿讥旌护gt;Default_Boundary_Region,右键选择CreateInterface,生成类型为Contact,拓扑为In-place的Interface。

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边界条件

1、点击Regions&壹执慵驾gt;AIR2D>Boundaries>wall2>Physics潮贾篡绐Conditions,设置ThermalSpecification条件为Temperature。随后将wall2>PhysicsValues>StaticTemperature设为293K。

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2、同理,点击Regions>AL2D>Boundaries>wall>PhysicsConditions,设置ThermalSpecification条件为Temperature,StaticTemperature为343K。

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后处理显示

1、创建一个scalarscene监控AIR2D和AL2D的温度。点击ScalarS罕铞泱殳cene1&g墉掠载牿t;Displayers>Scalar1>ScalarField,Function设为Temperature。点击Scalar1>ContourStyle选择SmoothFilled。

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2、右键ScalarScene1>Displayers,新建一个Vector监控AIR2D的流速。

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3、右键Reports选择NewReport>HeatTransfer,Parts选择AL2D:Default_Boundary_Region[Interface1]。

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4、右键HeatTransfer1选择CreateMonitorandPlotfromReport。

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计算

1、点击StoppingCriteria>MaximumSteps,设为500步。

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2、Ctrl+S保存文件,接着初始化,开始计算。

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结果

1、残差曲线。

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2、HeatTransfer曲线。

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3、温度场云图。点击ScalarScene1>Displayers>Scalar1>ColorBar,将TitleHeight设为0.04,LabelHeight设为0.035。

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4、流速场云图。

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5、创建流线图。右键DerivedParts,创建Streamline。

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6、右键ScalarScene1>Displayers,新建一稍僚敉视个Streamline。点击ScalarScene1>Displayers>Stream造婷用痃lines1,parts选择Streamline,ScalarField选择Velocity:Magnitude。在ColorBar中将TitleHeight设为0.04,LabelHeight设为0.035。

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7、选择Streamlines1>Animations,将Mode改为Tracers,设置StreamlineSettings参数,在菜单栏点击运行即可观看流线动图。

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