Fluent传热｜02 共轭传热

本教程演示了在Fluent中如何用共轭传热来模拟经过加热线圈的流动。

本教程演示如何执行以下任务：

• 使用共轭传热执行计算
• 定义固体区域中的能量源
• 在区域边界上完成能量平衡
• 包括考虑能量源的存在
• 检查温度和流场，以了解系统中流动与温度的关系

1 问题描述

计算模型如下图所示。

加热的铜线圈封装在环形管道中。水以0.4m/s的平均速度流过管道(Re=4e6)。电流流经加热线圈，电阻产生的热功率约为3 MW。

计算模型尺寸如下图所示。

2 Fluent设置

• 以 3D、double-precision 模式启动Fluent
• 读取计算网格coil-18.msh.gz.msh

检查计算边界，如下图所示。

2.1 Models设置

• 激活能量方程

• 激活SST k-omega模型

2.2 Materials

从材料库中添加流体材料water_liquid及固体材料copper。

2.3 计算区域设置

• 设置流体区fluidd的材料为water-liquid

• 设置固体区solid_coil的材料类型为copper，激活选项Source Terms，如下图所示进入源项标签页，点击Edit…按钮

• 如下图所示设置固体区热源为9e6 w/m3

注：热功率3e6w，体积约为0.3 m3

2.4 边界条件设置

• 设置流体入口inlet的流速为0.4 m/s

其他边界采用默认设置。

2.5 Methods

• 进入Methods设置面板，如下图所示进行设置

2.6 定义报告

• 定义监测固体区域平均温度

2.7 初始化计算

• 初始化计算

2.8 迭代计算

• 设置迭代计算

3 计算结果

• 监测结果如下图所示

• 各边界总换热率

注：这里总热源为2939643 w，与输入值3 Mw存在差异，主要是因为固体区域体积估算不准确。

• 查看固体区域体积，如下图所示为0.326627 m3，并非前面估计的0.3 m3

• 固体表面温度分布

• x=0截面上温度分布