CFD作业

流动换热模拟。

一、提出问题。

在cfx模拟流体流过与之温度不同的固体物质，二者之间发生热量传输现象称之为共轭传热，本报告以cfx来研究管道内气体与钢棒之间的共轭换热。

二、计算模型。

在气体管道中，有两根钢制固体加热棒，其表面保持500k高温，300k的气体从管道内通过，与钢棒之间发生热交换，钢棒对气体对流隔热。其示意图如下图1所示。

图1共轭传热示意图。

三、分析处理。

分别绘制液体域和固体域，然后依次导入到cfx前处理中，对流体域内设定流体流动和开启热量交换模型，固体域内使用子域方式设定传输热流，同时域底部保持固定温度，加热靠近地段的流体。系统要求固体域设定初始化，流体域初始化可以促进收敛。后处理查看截面处的温度分布和速度分布图，通过表达式查看出口处流体温度。

1、划分网格。

首先，在建立几何模型之后根据计算需要进行网格的划分如图。

图2网格划分局部-钢棒。

图3网格划分局部-气体管道。

图4网格划分总图。

2、前处理设置。

1) 流体域位置选定为liquid，将流体设置为air ideal gas；热量传输设定为thermal energy，流体模型设定热量传输为thermal energy；

2) 固体域修改位置为solid1，solid2，同时选择两个区域，domaintype修改为solid domian，solid list中选择物质为steel，即固体域材质为钢，具有钢的物理属性；

3) 入口处选择边界条件所在域为liquidzon，质量和动量选定normal speed，设定值为0.4[ms~-1]，入口处热量传输模型设定类型为static temperature，值为300k；

4) 出口处设定质量和动量选项为**erage static pressure，相对压强值为0pa；

5) 壁面边界条件指定热传输模型为temperature，同时指定fixed temperature为500k；

6) 字域选项设定中选择source选项，energy 选项，类型设定为source，值为50000w[m^-3]，即每平方米固体域向流体域部分提供热量50000w；

7) 求解控制中确定advection scheme为high resolution，为100，指定fluid timescale control 为physiical timescale，其值为1[s]，solid timescale control指定为2000[s]

3、后处理及结果显示。

经后处理后，得到模型的温度云图、速度矢量、温度矢量图如图5至图8所示。

5纵截面处温度云图。

6横截面处温度云图。

7纵截面速度矢量图。

8横面速度矢量图。

2. 带中心圆孔板稳态热-应力分析。

问题描述：一个带中心圆孔的板，圆直径为0.05m，厚为0.

01m，板由两片钢板及中心复合板粘结而成，三块粘结板尺寸均为宽*高*厚为0.1*0.1*0.

01。热边界条件圆孔内表面：100 oc。

板的两侧绝热，上下表面暴露在空气中，空气温度为10 oc，其对流换热系数h=20w/（m2*k）结构边界条件，板左右两边为固定端，要求：先计算带中心圆孔板内稳态温度场，画温度场云图和矢量图，进行热结构耦合分析。

网格图。云图。