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Fluent各向异性导热系数的设置

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导读:Fluent中各向异性导热系数设置方法

01    

名词区分

 
  • 各向同性(isotropic)材料的物性不会随着方向的不同而有所变化,即某材料在不同的方向所测得的性能参数完全相同,也称为均质性。
  • 各向异性(anisotropic)材料的物性随着方向的改变而有所变化,在不同方向上呈现出差异的性质。
  • 正交各向异性(orthotropic)材料的属性在三个相互垂直的基准轴上都是单值的且独立的。
     
02    

各向异性导热系数

 
在Fluent中,固体或壳体导热系数的各向异性被定义为矩阵,热流密度的计算公式为:
 
其中  就是导热系数矩阵。
在Fluent中,有以下几种方式用于定义各向异性导热系数。
  • anisotropic(各向异性)
  • biaxial(双轴,只对壳体有效)
  • orthotropic(正交各向异性)
  • cylindrical orthotropic
  • principal axes and principal values
  • user-defined anisotropic
    注意:  
    (1)各向异性的设置只能在压力基求解器基础上设置,密度基求解器则无法使用;  
    (2)使用各向异性设置,固体材料属性在后处理中会显示为0。  
     
03    

Anisotropic

 
对于各向异性的导热系数,导热系数矩阵被定义为:
 
其中k为导热系数,  为矩阵,二维中为2×2矩阵,三维中为3×3矩阵,该矩阵也可以是非对称矩阵。
(1)如果各向异性材料的主轴未与模拟的全局坐标系对齐,则使用以下选项之一可能简单:
  • 如果材料的主轴是正交的,则可以选用orthotropic  
  • 如果材料的主轴非正交,则可以选用principal axes and principal values  
  • 如果对未对齐的轴使用Anisotropic选项,则需要将导热系数矩阵      转换为与全局坐标系对称的矩阵。  
(2)采用Anisotropic选项,需要满足矩阵  的成分是常数且不独立变化,否则只能用UDF添加。

04    

Orthotropic

 
应用Orthotropic选项时,需要定义主要方向  上的导热系数  ,导热系数矩阵通过下式表示:
 
由于  相互垂直,因此在上图设置面板中,只需要设置两个方向。
通过xyz定义  来表示Direction 0 Components
通过xyz定义  来表示Direction 1 Components
Conductivity 0 1 2分别表示  
05    

异同及例子

 
(1)异同
两种方式都是将导热系数转换为矩阵,Orthotropic属于Anisotropic的子类。
Anisotropic需要设置导热系数矩阵,Orthotropic需要设置主轴方向的导热系数。
当Anisotropic的导热系数矩阵为对角矩阵时,两类方法等同。
(2)电机例子
定转子铁心由硅钢片叠压而成,因此沿着各个方向的导热系数不同,沿分层方向导热系数为42.5W/(m·K),垂直分层方向为0.57W/(m·K)《电机设计》。
设置界面如下:


Conductivity 0,1,2分别代表X、Y、Z轴导热系数。X,Y轴的导热系数为42.5,Z轴导热系数为0.57。
来源:BB学长
FluentUDF电机材料
著作权归作者所有,欢迎分享,未经许可,不得转载
首次发布时间:2023-06-24
最近编辑:10月前
BB学长
硕士 | 研发工程师 公众号BB学长 知乎BB学长
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