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三周期极小曲面结构Gyroid翅片对流换热性能模拟

1月前浏览4394

三周期极小曲面结构Gyroid翅片对流换热性能模拟

 

极小曲面结构根据采用的方程不同,其曲面形状各异,换热能力也有所不同。本文针对常见的Gyroid结构,分析其流动换热特性。

零、问题描述

本文主要是对文献Analysis on the convective heat transfer process and performance evaluation of Triply Periodic Minimal Surface (TPMS) based on Diamond, Gyroid and Iwp中的问题进行复现,梳理形成一套针对三周期极小曲面结构(Triply Periodic Minimal Surface,TPMS)的物理模型构建、网格划分以及数值求解分析的方法。

论文doi:https://doi.org/10.1016/j.ijheatmasstransfer.2022.123642

论文中的问题为:gyroid结构的翅片底部为恒温热源,使用空气流经该翅片散热,评估其换热性能。如下图1所示。

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图1 物理模型及问题描述

一、模型构建

本文中的TPMS有多中建模方法,本文使用Ntopology构建gyroid结构,之后导入SolidWorks添加底部平板壁面,然后使用spaceclaim抽取流体域,最终形成图1的物理模型。为了避免额外壁面,在spaceclaim中对进出口及壁面进行命名。

本文计算域包括固体翅片及流体域两部分,如图2所示。

由于没有外围流道的实体结构,只有翅片结构,因此抽取流体时使用准备-外壳功能首先生成包覆的外壳结构,再使用设计-分割主体切除多余的区域,最终形成流体域。

切出流体域后,对进出口和壁面进行命名,完毕后保存,得到.scdoc文件。这就是模型文件。

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图2

二、网格划分

本文使用fluent meshing划分三维网格。

1、首先打开fluent meshing,选择watertight geometry

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2、点击import geometry,选择刚才保存的scdoc文件。

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3、更改面网格控制参数,最小最大尺寸根据模型和问题进行确定,增长率一般默认。

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4、选择有固体域和流体域,点击describe geometry

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5、点击apply share topology,如果选择interface connect,画网格时所有的面全部独立存在,否则除了之前命名的面,其余剩下的面将合并为一个面。

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6、设置边界条件

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7、设置边界层,论文中有推荐,也可根据电脑条件设置,有时会报错,可调整网格高度

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8、生成网格。之后保存问msh文件即可。

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三、求解计算

本文使用fluent求解。

1、导入网格,并检查尺寸单位是否正确。

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2、开启能量方程和湍流模型

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3、更改物性参数,包括空气和铝合金参数,详细物性论文中有提供。

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 4、设置边界条件,速度入口由体积流量计算得到速度,温度设为20℃。出口温outflow。加热面为恒壁温,100℃。其余壁面设为绝热壁面。

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5、选择求解算法,coupled对流股耦合问题收敛性好,残差设为10^-6。

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6、初始化并开始计算

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7、结果处理及与文献的对比。

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更改入口流速,得到最终结果,如下图,与文献实验对比,误差在10%以内。

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SpaceClaimFluent MeshingFluent换热散热几何处理流-固&热耦合增材SolidWorks热设计曲面
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首次发布时间:2024-08-09
最近编辑:1月前
星海征程
硕士 签名征集中
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未登录
1条评论
竹子
签名征集中
2月前
请问ntop导出的模型是什么格式的
回复 6条回复
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