Fluent案例｜循环通道计算II

前面的文章演示了利用Fluent UDF计算循环通道（见Fluent案例｜循环通道计算）。本算例演示利用Fluent表达式处理同类问题。

1 模型描述

几何模型如图所示。一个循环的槽道包含有两个加热段（如图中的热流及恒温位置），有一个冷却装置用于给槽道内的工作介质降温。现实情况下在冷却装置中装设有风机、换热器等结构极为复杂的组件，此时可以将冷却装置考虑为集总模型，并将这一段槽道断开进行单独处理。

此时计算模型如下图所示。

本案例仅为演示。假设流体通过冷却装置后温度降低5K（真实工况下温度的降低量应该根据换热器的结构参数以及上游来流温度进行换算，这里简单处理），槽道内工作介质为空气，流速2 m/s。现在需要在计算过程中获取出口位置的温度值，并根据此温度值计算得到入口温度值并将其赋予入口边界，本算例演示利用表达式实现此功能。

2 计算网格

此案例网格划分较为简单，可以直接划分六面体网格。计算网格如下图所示。

3 Fluent设置

本算例真正的技术点在于UDF的编写以及温度等效过程。而仿真设置反而简单。这里简单描述。

3.1 基础设置

• 导入计算网格
• 设置Transient激活瞬态计算
• 激活能量方程与湍流模型（这里选择使用Realizable k-epsilon湍流模型）
• 计算区域内材料介质采用air

3.2 定义报告

• 新建一个Report Definitions用来定义出口面上的温度。这个在后面作为物理量使用

• 创建一个出口面上温度报告

• 创建一个入口面温度报告（用于监测）

3.3 定义表达式

• 新建一个表达式

• 利用前面创建的出口面温度报告创建新的物理量

3.4 定义边界

• 入口边界：设置速度为2 m/s，入口温度使用表达式inletTemp

• 出口边界：采用静压为0 Pa。注意这里只是算例假设，若有压力监测，则出口处的压力应当换算成真实压力值
• wall-400：光滑无滑移壁面，温度400 K
• wall-flux：光滑无滑移壁面，指定壁面热流10000 W/m2
• 其他壁面：保持默认，为绝热边界

3.5 其他定义

• 全局初始化

• 设置时间步长0.5 s，时间步数20进行计算

4 计算结果

• 入口面上平均温度

• 出口面上平均温度

监测得到的数据如下图所示。

可以看到进出口温度及温差均已保持稳定。

利用表达式定义要比UDF简单得多，但是就这个简单的算例而言，利用表达式计算在起始阶段的收敛性比较差。

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