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FLUENT遮热板模拟

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正文共: 994字 12图     预计阅读时间: 3分钟

1 前言

遮热板(radiation shield)指的是插入两个辐射传热表面之间用以削弱辐射传热的薄板,根据传热学教材所述,在发射率为0.8的两个平行表面之间插入一块发射率0.05的遮热板,可以使辐射热量减小到原来的1/27。当一块遮热板达不到使用要求时,可采用多层遮热板。在SOFC系统集成技术领域,遮热板可以用来做热分区,因为SOFC设备部件运行温度很高,辐射热量很大,比较容易用遮热板控制分区。今天,我们做一个简单的案例演示一下遮热板的效果。

2 建模与网格

在ICEM创建如下的二维平面模型,两个封闭的空气腔体,左侧在腔体中心放置一块金属板作为遮热板,材质按默认的铝考虑,右侧腔体没有遮热板,比较两个腔体的传热量。划分四边形结构化网格。

3 边界条件与求解设置

这是典型的封闭腔体内对流辐射换热问题,因此需要打开辐射模型,本案例我们采用S2S模型。建议在角系数设置里面先将所需的s2s文件计算并保存,往后直接随计算文件打开。
腔体内采用默认的空气介质,密度采用Boussinesq模型,这个模型对于自然对流计算具有更好的收敛性,但是使用条件有限,由于温度变化引起的密度变化不能太大,比如不能超过25%。这里需要特别指出一个问题,实际上腔体内整体温度上升的话,内部压力是会增加的,我们忽略这个升压过程,否则就必须用可压缩密度模型了。
开启重力选项。
腔体左侧为对流边界,环境温度默认值,对流换热系数10W/m2K,表面发射率设置为1。
腔体右侧为恒温壁面,温度100℃,表面发射率设置为1。
腔体顶部和底部都设置为绝热面,表面发射率1。
左侧腔体遮热板的各面均为流固耦合面,我们设置不同的内部发射率来表征不同性能的遮热板,发射率分别设置1和0.1两组。
稳态求解

4 计算结果

计算迭代残差曲线如下,收敛性良好。
我们看一下两个腔体左侧的平均温度,显然,插入遮热板后,由于遮热板阻挡了部分辐射热量,左侧腔体的温度显著低于没有遮热板的情况。
我们看一下腔体的热平衡情况,没有遮热板时,腔体总传热量152W;插入遮热板后,腔体总传热量136W,减少了10.5%,这还是遮热板表面发射率为1的情况(黑体)。同时我们也可以看到,辐射换热量占总换热量比重达到66%-75%以上。
我们修改遮热板的发射率为0.1,腔体左侧的温度进一步降低。
此时的热平衡情况如下,可以看出腔体的传热量进一步降低到119W。
参考文献
[1] 传热学(第四版).

来源:仿真与工程
Fluent控制
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首次发布时间:2025-03-09
最近编辑:15小时前
余花生
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新版本FLUENT还能串行计算吗

正文共: 519字 2图 预计阅读时间: 2分钟马上快过春节了,节前最后一更,我们蛇年见,提前祝大家新春快乐。并行计算具有极高计算效率和处理大规模问题的能力,但是在某些情况下,比如对于一些简单的、小规模的问题,或者用户的计算机配置有限且不需要并行计算的优势时,串行计算仍然是一种可行且方便的选择。串行计算在单处理器或单核心上按顺序执行计算任务,相对并行计算而言,不需要考虑多处理器之间的通信和协调等问题,在一些特定场景下具有一定的适用性。另外,在编写UDF时,并行计算的代码和串行计算有时候就有所区别,还是因为计算节点的数据传递原因。以前的老版本FLUENT可以直接选择串行(series)或者并行(parallel)模式,但是新版本(从18.2版本开始)貌似已经没有这个选项了。如下图,只有parallel并行模式,即使我们将求解器数量改为1,也不是串行而是并行,我们看到信息窗口里面显示了主节点host和计算节点node。稍微老一点的版本好像还可以通过修改求解器数量为0,或者以-t0启动FLUENT来实现串行计算,但是似乎更新的版本对于这些方法都失效了。还好对于CFD越来越发展的今天,串行计算已经没有什么存在的价值了。不知道读者朋友们有谁还能在新版本比如2023上进行串行计算的方法可以留言分享一下,虽然没有什么实用价值,纯粹把玩一下而已。来源:仿真与工程

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