Fluent中的壁面接触热阻

本文描述在Fluent中考虑壁面接触热阻的设置方法。

1 薄壁面热阻

默认情况下，Fluent中的壁面厚度为零，且不考虑接触热阻。然而用户可以结合任何热边界条件在壁面上模拟一层薄薄的材料。例如可以对两个流体区域之间的薄板、固体区域上的涂层或两个固体区域之间的接触热阻进行模拟。Fluent求解一维稳态热传导方程以计算壁面提供的热阻及壁面中的热量生成。

要在传热计算中包含这些影响，需要指定壁面材料、壁面厚度以及壁面发热率。在Material Name下拉列表中选择壁面材料，并在Wall Thicknewss中指定壁面的厚度。如果要检查或修改选定材料的物性，可以单击Edit...按钮打开Edit Material对话框，此对话框仅包含选定材料的属性，并未包含标准Create/Edit Materials对话框的全部内容。

当指定壁面厚度后，该壁面将被视为coupled wall，其中与流体/固体网格相邻的面称为wall surface，如下图所示。

 

壁面热阻通过下式进行计算：

其中，  为壁面材料的热导率；  为指定的壁面厚度。用户设置的热壁面边界条件将在通过壁厚与流体/固体网格分隔的面上指定。在壁面的另一侧指定的温度为  。

 

重要提示：薄壁面只能指定恒定的导热系数。若要对厚度非零的壁面使用非恒定的导热系数，则应使用shell conduction模型。

”

可以通过设定参数Heat Generation Rate指定壁面内的发热率。如对印刷电路板进行模拟，当电路中消耗的电能已知时，此选项非常有用。

对具有厚度但未启用shell conduction模型的壁面进行后处理时，Temperature...下拉框中提供了三个选项：相邻流体/固体网格的温度存储为Static Temperature；壁面自身的温度存储为Wall Temperature；与流体/固体网格隔开的面的温度存储为Wall Temperature(Thin)。如果需要对固体区域和曲面进行更详细的考虑，则应创建实际的壁厚几何并划分网格。

2 双侧壁面热边界

如果壁面两侧各有一个流体区或固体区，则称为双侧壁面（two-sided wall）。当Fluent中读取带有这种壁面区域的网格时，会自动创建一个shadow区区域，此时壁面的每一面都是一个不同的区域。在Wall对话框中，shadow区域的名称将显示在Shadow Face zone中。用户可以选择在每个分区上指定不同的热边界条件，或将两个分区进行耦合：

• 要耦合壁面的两侧，可以选择Thermal Conditions下的Coupled选项(仅当壁面为双侧壁面时，此选项才会显示在Wall对话框中)。此时无需额外的热边界条件，因为求解器将利用相邻网格中的求解结果计算热传递。然而用户如果想要计算薄壁热阻，则可以指定壁面材料、壁厚以及热生成率。需要注意的是，为壁面一侧设置的热阻参数将自动指定给其shadow壁面区域。

• 若想要解耦壁面的两侧，并在每个侧边上指定不同的热边界条件，可以选择Temperature或Heat Flux作为热条件类型（在双侧壁面中不能使用Convection或Radiation边界）。注意，如果为壁面启用了壳传导模型，则此解耦将不起作用。壁面与其shadow面之间的关系将被保留，以便后面可以根据需要再次将它们耦合在一起。如上所述，需要为所选的热条件设置相关参数。这两个不耦合的壁面可以有不同的厚度，并且彼此有效地绝热。如果为非耦合壁面指定非零的壁厚，则将为壁面上通过壁厚与流体/固体网格隔开的每个薄壁指定设置的热边界条件，如下图所示，      是在一面上指定的温度(或为热通量      )，      是在另一面上指定的温度(或热通量      )。      和      是非耦合薄壁面的导热系数。注意，图中壁面之间的间隙并非几何模型的一部分；其包含在图中只是为了显示应用每个非耦合墙的热边界条件的位置。

 

（完）