热电耦合案例分享
上周日漏更了，因为娃的爷爷奶奶回老家，没人带娃了，我请了一周假准备来个沉浸式带娃体验周，把我的所有时间都奉献给她。
但是，体验周才刚开始两天，我就扛不住了
陪娃+做饭+打扫卫生。导致跳绳引发的膝盖伤加重了，路都走不利索了。
还好娃爸在家可以承担遛娃和打扫卫生的工作。
我还偶尔可以打开我的小本本学习一下下，就是隔一会娃就要跑过来了，效率极低。
这个案例做了好几天，趁娃睡着了整理出来的。
今天根据CFX 的Help中的一个线圈加热的案例进行展开。这个案例学习中，我发现，原来CFX 一个软件就可以实现热电耦合吖~
背景：
如下图，铜线圈置于流动水中，通电后会产生热量，使得线圈温度升高，流动的水流有冷却作用。此外，铜线圈的表面有1mm厚的碳酸钙涂层。
通过CFX 来求解线圈的温度以及水流的温度分布。
解析：
案例中有两个域，线圈的实体域和水的流体域，线圈表面的1mm涂层可以通过交界面来处理。
CFX 中可实现电热耦合的计算，通过赋予铜线圈的电导率以及电动势差的边界来计算线圈的发热量。
边界条件：
线圈的电压差4.4V
水流入口速度0.4m/s
铜线圈材料使用材料库中的copper，假设电导率为恒定值59.6e6S/m
添加碳酸钙材料，属性如下:
详细步骤：
创建新case
打开CFX-Pre 前处理模块,创建新的case 并保存为"Heating Coil.cfx"
2.导入网格
点击File-->Import-->Mesh ,导入名为"HeatingCoilMesh.gtm" 的网格数据，导入成功后的界面如下图
3.定义材料属性：
对于线圈的材料，使用材料库中默认的copper材料，除电导率需要定义为59.6e6S/m以外，其余的参数保持默认。
这个假设线圈的电导率为恒定不变的，但是实际情况下，随着线圈温度的升高，电导率会变小。也可以通过CEL 语言来设定随温度变化的电导率，这个过程将在拓展部分介绍。
另外，还需要定义碳酸钙材料属性。
在Material中新建材料，命名为"calcium carbonate",材料类型为“solid”,其余材料属性定义如下图所示。
4. 定义域
右击Flow Analysis 1 ,选择"Insert-->Domain"创建域
流体域命名为“Water Domain”，位置选择“Annulus”，材料设置为“Water"，”其余设置见下图：
固体域命名为“SolidDomain” ,位置为“Coil”,材料设置为"copper"，其余设置见下图：
5.定义边界条件
5.1 固体域边界条件
右击"SolidDomain"，选择“Insert-->Boundary”插入边界条件。
插入两个边界条件分别命名为“hot”和“in SoildZone”,定义出线圈两端的电势差。
5.2 流体域边界条件
创建流体域进口边界，命名为“inflow”，设置为速度入口0.4m/s，温度为300K，其余条件设置为默认。
创建流体域出口边界为“outflow”，由于出口可能会出现回流，因为设置为opening边界，回流的液体温度应为出口的温度，这个在计算之前是未知的，因此通过定义关系式来将迭代过程中的出口温度得到，并定义为出口的温度。
在Expression中插入新关系式，命名为“OutletTemperature”,表达式为“areaAve(T)@outflow”
5.3 创建交界面
在定义好流体域和固体域之后，会自动生成一个交界面，双击模型树中的交界面，定义界面模型为“Thin Material”。将线圈表面的碳酸钙涂层定义好。见下图。
6.求解器设置
这个案例中Help定义了一个Phasical Timescale ,在稳态求解中，定义这个2s并不是真实的时间，这个定义是为了求解更加稳定，收敛性更好而做的设置。
7.求解过程
残差真漂亮！
8. 后处理结果
线圈表面的温度分布如下图:
取一条穿过线圈的直线，并赋予直线温度变化，可以看到，线圈内部的温度较高。
拓展：
关于电导率：
电导率是一个表征材料内电流通过的难易程度的一个物理量，单位为西门子/米（S/m） 和电阻率互为倒数。
电导率和温度的关系较为密切，实际情况下，金属的电导率随温度升高而减小。
本案例中对于线圈电导率的设置为一个定值，是在假设温度变化不大的情况下对计算的一个简化，若考虑温度电导率随温度的变化，也可以通过公式来定义
其中，
L0，T0分别为参考温度下的电导率以及参考温度
α为电导温度系数
