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Getting Started with Modeling Computational Fluid Dynamics

COMSOL Multiphysics®中的共轭传热仿真简介


借助 COMSOL Multiphysics®软件及其附加产品传热模块,您可以模拟层流或湍流状态下的共轭传热。本文将针对单向流共轭传热仿真做系统介绍。

注:如果您刚接触软件中的流体流动仿真,建议先从层流和湍流仿真相关学习入手。

共轭传热仿真

讨论

在下文介绍性视频中,我们将概述本系列视频所涵盖的内容,并讨论共轭传热仿真的基本原理,随后介绍流体流动接口(涵盖层流与湍流)中的相关设置,以及可用的多物理场耦合功能。

本视频涵盖以下主题:

  • 简介
    • 本系列视频内容概览
  • 传热机理
  • 流体传热
  • 流体流动接口设置
  • 可压缩流动、弱可压缩流动与不可压缩流动
  • 重力属性
  • 黏性耗散
  • 压力变化做的功
  • 非等温流动的多物理场耦合

演示

在本视频中,我们将逐步演示如何设置一个由自然对流驱动的简单非等温流动问题。从模型构建到完成,我们将展示前述仿真功能与特征。

本视频涵盖以下主题:

  • 简介
    • 演示:腔体中的自然对流
  • 定义参数
  • 创建几何模型
  • 定义物理场:流体流动
    • 可压缩性设置
    • 包含重力
    • 参考位置
    • 压力点约束条件
  • 定义物理场:传热
    • 温度边界条件
  • 非等温流动的多物理场耦合
  • 计算模型
  • 结果与可视化
    • 绘制密度图
    • 计算静水压力
  • 扩展模型
    • 使用辅助扫描
    • 使用布辛涅斯克近似

讨论与演示:层流共轭传热

到目前为止,我们已经介绍了 COMSOL Multiphysics 中流体传热的仿真方法。在本视频中,我们将进一步介绍软件中固体域传热的仿真方法。视频首先简要介绍固体传热仿真的相关信息及功能,然后设置另一个问题,模拟层流状态下的共轭传热。

本视频涵盖以下主题:

  • 讨论
    • 固体传热
    • 传热功能
      • 薄结构
      • 实体-壳连接器
      • 热接触
  • 演示
    • 层流共轭传热
    • 模型示例:散热器

讨论与演示:湍流共轭传热

本视频将介绍湍流共轭传热仿真的更多内容。首先概述一个典型仿真案例——管壳式换热器,其中管壁采用薄层建模。随后详细讨论模型中非等温流动耦合与薄层特征的使用。接下来介绍湍流模型所用的壁处理方法,并通过一个简化模型比较不同壁处理方法(低雷诺数法与壁函数法)的效果。

本视频涵盖以下主题:

  • 讨论与演示
    • 湍流共轭传热
    • 模型示例:管壳式换热器
    • 传热功能
      • 薄层特征
    • 壁处理
    • 比较:壁函数 vs. 低雷诺数法
      • 比较两种解的速度、温度分布及热通量

仿真练习

通过散热器教学案例,将本文所学知识付诸实践:

  1. 新建一个 COMSOL Multiphysics 会话,重现散热器模型(可参考随附的幻灯片)
  2. 扩展模型,添加自定义绘图,同时可视化通道内气流速度与散热器温度。

本文随附的操作说明文档有意做了泛化处理,旨在鼓励您自主求解问题。您可使用本文提供的演示模型文件手动检查您的仿真执行结果,也可以使用比较工具识别差异。

相关资源

如需更多共轭传热与湍流仿真练习,请参见教学案例:流经管壳式换热器横截面的湍流。


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