Ansys 共轭传热分析实例

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1、共轭传热计算 (2012-12-1909:53:07)转载▼标签： 杂谈 分类： FLUENT技巧共轭传热：流体传热与固体传热相互耦合。由于流体求解器同时具备流体与固体传热计算的能力，因此可以直接采用流体求解器进行求解，无需使用流固耦合计算。流体求解器能够求解流体对流、传导、辐射传热，对于固体传热计算，只能求解热传导方程。本例演示共轭传热问题在FLUENT中的求解方法。1、问题描述如图1所示的计算区域，既包含流体区域也包含固体区域。在初始状态下，流体域与固体与温度均为293K，然后给固体域底部施加恒定温度434K，计算分析计算域内温度随时间分布规

2、律。边界条件如图中所示。图1计算域描述2、建立几何模型并划分网格利用DM建立如图1所示2D平面几何。采用全四边形网格划分，如图2所示。为所有边界命名，尤其是流体和固体区域交界面，后面需要在求解器中进行设置。3、进入Fluent求解设置本例为瞬态计算。涉及到热量传递，因此需要激活能量方程。流体介质为理想气体，考虑其在温度影响下密度变化。考虑重力影响，设置重力加速度向量[0,-9.81,0]，设置操作密度为0。如图3所示。压力-速度耦合方程采用PISO求解方式，对流项计算采用QUICK算法，其他项采用二阶迎风格式。图2网格模型图3操作项设置面板设置流

3、体域介质为air，固体域介质为默认的AL。按图1所示边界条件设置计算域边界。创建交界面，如图4所示进行设置。图4设置交界面4、初始化计算设置初始化温度293K，如图5所示。图5初始化面板设置自动保存选项与动画录制项。设置时间步长0.1s，时间步数100，内迭代次数20基于Fluent与ANSYSworkbench的齿轮箱热固耦合温度场仿真案例2015-12-0817:45:38 3966简介：  今天为大家带来齿轮箱瞬态温度场仿真的原创案例。限于篇幅，这个帖子不像之前一样把所有设置一步步贴图，因此只给出关键图，设置全部给出了表格形式。图1和图23

4、是动图，但是好像帖子里动不起来，可以点击我的头像——作品展示里有动态图。图1齿轮箱甩油润滑齿轮减速结构是机械传动中最常见的形式，如下图。图2 齿轮箱结构  由于齿轮之间存在摩擦，因此齿轮系统的温度场必须进行关注，以确保：o齿轮结构没有过热（overheating）o保证齿轮结构的完整性o避免滑油过热引发的性能下降（粘度降低）及事故发生（如风机装置有可能油起火）  进一步延伸的话，由温升引发的热应力是分析齿轮与齿轮轴，乃至轴承与壳体的热疲劳问题的必要计算条件。这个问题另外开帖与大家探讨。———————————————————————————————

5、——————————————正文：  齿轮温度场涉及到摩擦学、传热学、机械传动理论和有限元分析等多学科领域的知识，是一个比较复杂的问题。  1969年，Blok．H阐述了热网络理论，其本质是考虑系统中各部分生热，在网络中用一个节点表示，每个节点表示每部分的平均温度。通过整体分析得到要求的的各部分的温度值。这种方法的缺陷在于，首先必须建立热阻、功率损失、对流换热系数计算模型，而这些参数不容易获得。那么我们考虑用仿真的手段去求解这个问题。  我们首先来分析齿轮箱的结构，齿轮箱机械结构由壳体、端盖、大小齿轮、轴承、轴以及其他附件构成，我们首先要搞清楚分

6、析的对象。壳体的温度是否是我们关注的要点？在本例中不是，那么我们的分析对象就是壳体中的所有元素，壳体只作为仿真的外边界。轴承和轴在仿真中的意义也不明显，因此我们都予以简化。分析传热模型，齿轮摩擦生热是热源，这些热量通过几种方式传播：1.热传导——从齿缘往齿轮中心传导2.热对流——齿轮和润滑油，润滑油和空气，又称为共轭传热3.热辐射——温度不高，辐射量小可忽略  因此，滑油和空气是传热的介质，必须在模型中考虑进去（事实上这部分传热达到91%）。滑油和空气是两相，因此要使用到fluent的多相流模型；要模拟甩油过程，要使用动网格模型；要模拟传热过程，

7、利用fluent内建的传热模型。这三者是本案例的核心。  这里不得不提到两位外国学者，GuillaumeHouzeaux对齿轮泵进行了仿真，并且关注局部网格，这可能是最早对齿轮+流体进行仿真；而F.Lemfeld率先采用两相流模型捕捉了齿轮箱内的流体瞬态变化情况，但他在网格方面的处理比较简单，对齿轮齿形进行了切除，同时使用一定的壁面粗糙度值模拟齿形的存在，使齿轮能够甩油。说了这么多废话，现在回到主题。图3流固热耦合仿真流程   本例需要用到的模块包括fluent模块，其中又集成了ansys自带的几何处理与网格划分工具。后面与fluent共享结果的

8、是稳态热分析模块，以及静力结构模块，用来分析热应力对结构的影响，如用来分析热变形，限于篇幅本例不涉及。本例实际流程可以简化如下，我个人喜