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利用CFX计算通电线圈产生的焦耳热以及共轭散热

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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 Mass100.087kg kmol^-1
Density2.71g cm^-3
Specific Heat Capacity0.9J g^-1 K^-1
Thermal Conductivity3.85W 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 StateSolid

  • 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

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

  • 进入Boundary Details,指定Electric FieldVoltage,指定Voltage0 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 FieldVoltage,指定Voltage0 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 TemperatureareaAve(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


CFX群体平衡组分输运生热传热
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首次发布时间:2019-12-23
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