新手发问:为何使用气体流过内含有点热源的球体总是出现似乎没有把热带走的情形呢?

shalin

小妹目前做的实验是模拟一颗球，其内有一个点状热源，外面有气体流过，已知进出口的温度和压力，想要知道球内部的温度场分布和球的表面温度。
模型是用一颗球、外面气体是用一个圆柱包围着球来模拟
每次在跑的时候流体的温度分布图都会是等温(和进口温度一样)
不然就是会出现回流(但是实际上这样子应该不会出现回流才对阿?)
调整了两边的压力相差一点点以后还是会出现回流以及换热似乎没有发生的情形
这样子是哪里出了问题呢?
非常苦恼......請各位前辈帮帮忙

xrs333

说一下模型及具体参数：计算域、热源功率、流量、物性参数。

shalin

模型:
球体:直径6cm (热源直径0.06cm 功率:2MW/m3) 材质:石墨
圆柱状流体:直径10cm 高30cm (气体为氦气)
入口温度:600K 出口温度:1173K
压力:3MPa
流量不知道......

xrs333

流体区域与固体区域界面的传热边界条件若何？
热源是如何处理的？
进口压力3MPa，出口压力呢？
流动是否超声速？用何种气体密度模型？用何求解器？
从你的计算域去情况来看，出口一定会出现回流。

shalin

固体和液体的传热边界我没有定义......
因为根本就不知道表面的温度，而表面温度应该是和外面液体流速有关这样
热源我是直接用source term那一个去增加一个热源
出口压力也是3Mpa(不过我用2.99MPa)
我是用mass flow inlet去定义inlet的
有没有超过声速不知道欸...
模型和求解器都是预设的。

我后来把圆柱体的高加长为120，球放在中间的话那离inlet和outlet都差不多是10倍距离，还是出现了回流......

看起来是固体和液体边界的设定有问题，如果我根本没定义那个边界的话，是不是他会默认为绝热边界呢?(可是他的边界类型是interior)

浪子轻狂

球外表面估计被你默认设置而绝热了，温度就在内部直晃悠，传不出去。如果球和流体之间没有热交换，流体的温度怎么会不恒定。

感觉你对物理现象的理解不太清楚，好像比较清楚的条件就没几个，对物理现象也难以形成预判断。边界、模型、求解器基本都是默认，这怎么行呢。

shalin

我的确没有流体力学的基础...那是我下个学期才会上到的东西
而且我也才刚接触这个软件2个礼拜而已......
问题很多、可是时间很赶(剩一个礼拜 )

我想请问几个问题(只要能做出来就好、我想背后的原理我大概只能理解一半或更少...)

1.像我这种不知道边界上的heat flux 也不知道temperature 的状况，我的边界应该要怎么定义比较符合呢?

2.出现回流通常是模型不对吗?有甚么改善方法呢?

还请前辈为我解答、感激不尽

xrs333

是流-固耦合传热问题。
建议：
1 点热源不用source term。把固体球做成空心的，空腔壁面给定热流密度（heat flux ）边界条件。
2 固体球外表面是固体与流体区域的界面，应为双侧壁（two-sided wall）边界，会有一个wall和一个wall.shadow，传热边界条件为耦合的（coupled）。
3 回流的问题后面再说，也许迭代收敛以后就没有了。速度或流量多大？

shalin

唔......可是老师要我做出球体内部的温度分布
如果做成空心的是不是就看不到内部的温度分布了呢?
还是我在石墨球内部做一个空心的球、然后空腔壁面定义heat flux呢?

第2个设定为couple这里是指两个都选couple、其他值使用默认就可以了的意思吗?

流量我不知道呢......但是出口温度是摄氏900度
不知道有没有方法可以回推多少的流量会符合这个出口温度这样...

谢谢前辈帮忙

浪子轻狂

要做出内部温度分布，就不能做成空心的了，实心是必须的。
公共面画好网格，设置为wall，导入fluent，会自动多出一个wall shadow，选择wall的边界条件为couple就行了。
回流可以暂且不管，先计算，如果模型、初始化等合理，也许算个若干部以后就不存在回流了。

xrs333

我指的是把你原来设置为source term的那部分改为空心的，不是说做成球壳。

shalin

谢谢前辈帮忙
我按照前辈们的建议去设定
回流经过计算到最后消失了
可是目前做出来的图看起来有点怪怪的......
除了核心部分以外，竟然是在流体出口处有最高温
这样子感觉上是被旁边的绝热壁给加热了的感觉
照理说流体的最高温应该出现在球体附近才对不是吗Orz......
还是真的有可能出现在流体出口呢?

xrs333

上图。

shalin

我把我的设定和跑出来的画面拍下来了
放在一起这样......

目前设定是用前辈建议的空球壳设定heat flux
然后固体和气体介面用的是couple
可是看起来热好像也没有传出去......

另外不知道是不是设定的气压太低(3000pa开始往上加)，气压图出现了负值.....

[ 本帖最后由 shalin 于 2010-8-18 17:42 编辑 ]

xrs333

流动是层流吗?