Fluent传热计算，遇到壁面厚度不可忽略怎么办？

本文摘要（由AI生成）：

本文介绍了三种在Fluent中解决壁面厚度对传热影响的方法：直接创建有厚度的壁面、在边界参数设置时指定壁面的厚度与材料、利用Shell Conduct模型。文章通过一个简单的模型展示了这三种方法的应用，并比较了它们的计算结果。

传热计算中，若需要考虑壁面厚度对传热的影响，此时在计算过程中壁面厚度不可忽略。Fluent提供了三种方案用于解决此类问题：

• 直接创建有厚度的壁面。

• 在边界参数设置时指定壁面的厚度与材料。

• 利用Shell Conduct模型

下面用一个简单的模型来展示这三种方式。

如下图所示，3块长度40mm，宽度20mm，厚度3mm的板层叠在一起，左侧面温度600K，右侧面温度300K。板的热导率从F1~F3分别为100 、200、300 w/(m.k)，观察层叠板中心线上温度分布。

方案1：创建有厚度的几何模型

构建完整几何，将4块板的几何模型完全构建出来，板间分界面采用内部面处理。生成计算网格如下图所示。

• 在Fluent中创建3种材料F1~F3，采用相同的密度与比热，并分别指定其热导率为100 、200、300。

• 为3个区域分别赋予材料F1~F3

• 指定两个壁面温度分别为600K与300K，其他边界采用绝热

计算完毕后切面上温度分布如下图所示。

中心线上温度分布如下图所示。

分布曲线由3段直线组成，计算结果与传热学理论相符合。(记住坐标点0.003m位置温度为450K，0.006m位置温度为350K)

方案2：直接指定壁面厚度

只创建计算域F1及F3，而F2通过壁面厚度进行指定。建模的时候F1与F3相邻。

• 在Fluent中创建3种材料f1~f3，采用相同的密度与比热，并分别指定其热导率为100 、200、300。

• 为区域F1及F3指定材料f1与f3

• 指定两个壁面温度分别为600K与300K，其他边界采用绝热

• 指定shadow面厚度为0.003 m，材料为f2。注意这里不能使用内部面

中心线上温度分布如下图所示。

由于中间壁面厚度0.003m无法在曲线中显示，所以在0.003m位置温度出现阶跃。不过看温度值为从450K下降至350K，计算结果与方案1完全相同。由于温度在各向同性导热率的固体材料中成线性分布，因此很容易将曲线改为方案1中的温度分布曲线。

方案3：利用Shell Conduct指定壁面厚度

建模方式与方案2完全相同。不过在指定壁面厚度时采用shell Conduct方式，如下图所示。

弹出对话框中指定厚度与材料，如下图所示。

计算结果完全相同。如下图所示。

采用此方法可以指定多层不同材料的壁面。

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