Boussinesq 模型假设流体密度是不变的，只是改变动量方程沿着重力 方向的体积力
– 适用于密度变化小的情况 (例如，温度在小范围内变化).
对许多自然对流问题，Boussinesq 假设有更好的收敛性
– 常密度假设减少了非线性.
– 密度变化较小时适合.
– 不能和有化学反应的组分输运方程同时使用.
– 局部热源
• 适合用DTRM/DOM 带足够数量的射线/坐标计算
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附录
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太阳辐射模型
太阳辐射模型 – 太阳辐射能量的射线追踪算法， 和其他辐射模型兼容 – 允许并行计算（但射线追踪算法 不能并行） – 仅适用3D 特点 – 太阳方向向量 – 太阳强度（方向，散射） – 使用理论最大或气象条件计算方 向和方向强度 – 瞬态情况
FLUENT中有五个辐射模型 – 离散坐标模型 (DOM) – 离散传输辐射模型 (DTRM) – P1 模型 – Rosseland 模型l – Surface-to-Surface (S2S)
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选择辐射模型
指南：
– 计算代价
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自然对流
当流体加热后密度变化时，发生自然对流
流动是由密度差引起的重力驱动的
有重力存在时，动量方程的压力梯度和体积力项重写为：:
其中
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自然对流 –Boussinesq 模型
Exterior wall (user-specified thickness) Outer surface (calculated) Inner surface (thermal boundary condition specified here)
q1 or T1 q2 or T2
Interior wall (user-specified thickness)
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辐射
当和对流及导热换热相比， 量级相当时，应该考虑辐射效应 – σ ， Stefan-Boltzmann常数, 5.67×10-8 W/(m2· K4) 要考虑辐射，需求解辐射强度输运方程RTEs – 当地流体对辐射能的吸收，以及边界对辐射的吸收，把RTEs 和能量方程耦合起 来 – 这些方程常常和流动方程分离求解，然而，他们也可以和流动耦合 辐射强度, I(r,s),和方向及空间是相关的
Symmetry Planes
Air outlet
Top wall (externally cooled) h = 1.5 W/m2∙K T∞ = 298 K
Electronic Component (one half is modeled) k = 1.0 W/m∙K Heat generation rate of 2 watts (each component)
Top View (image mirrored about symmetry plane)
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替代的模拟策略
可替代的策略为模拟壁面为一有厚度面 (Thin Wall model). 这时，不需对固体域划分网格
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共轭传热
CHT固体域的导热和流体域的对流换热耦合 在流体/固体交界面使用耦合边界条件
Grid
Velocity Vectors
Temperature Contours
Coolant Flow Past Heated Rods
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共轭传热例子
Interior wall shadow (user-specified thickness)
Fluid or solid cells
x
Fluid or solid cells
k1
k2
Fluid or solid cells
Wall temperature (outer surface)
Wall temperature (inner surface)
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薄壁和两侧壁面
薄壁方法中，壁面厚度不需划分网格
在两个区域之间模拟薄层的材料
求解器施加热阻 x/k 边界条件施加在外层面上
• 缺省的压力基求解器不包括. • 密度基求解器一般包括.
– 当 Brinkman 数接近或超过1 时重要
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能量方程源项 – 组分扩散
多组分流中因为组分扩散引 起的能量源项：
– 包括了由于组分扩散引起的 焓输运效应
– 密度基求解器总包含
• P1 计算代价小，有合理的精度
– 精度
• DTRM 和 DOM 最精确.
– 光学厚度
• DTRM/DOM 适合光学厚度小的模型 (αL << 1) • P1 适合光学厚度大的模型. • S2S 适合零厚度模型
– 散射
• 只有 P1 和 DO能考虑散射
– 颗粒辐射
• P1 和 DOM 能考虑气体和颗粒间的辐射换热
对固体板划分网格 vs. 薄壁方法
对固体板划分网格
– 在固体域求解能量方程l. – 板厚度需用网格离散 – 最精确的方法，但需要多计算网格 – 由于壁面两侧都有网格，总是应用耦合热边界条件
Wall zone (with shadow) Fluid zone
Solid zone
Wall thermal resistance directly accounted for in the Energy equation; Through-thickness temperature distribution is calculated. Bidirectional heat conduction is calculated.
Air inlet V = 0.5 m/s T = 298 K
Circuit board (externally cooled) k = 0.1 W/m∙K h = 1.5 W/m2∙K T∞ = 298 K
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问题设置-热源
在固体域加入热源模拟电子部件的生成热
ANSYS FLUENT 培训教材 第六节：传热模型
安世亚太科技（北京）有限公司
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概要
能量方程 壁面边界条件 共轭传热 薄壁和双面壁 自然对流
辐射模型
报告-输出
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– 在压力基求解器中可以不显 示此项
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能量方程 – 源项
化学反应流中由于化学反应引起的能量源项
– 所有组分的生成焓
– 所有组分的体积生成率
由于辐射引起的能量源项 相间能量源项:
– 包括连续相和离散相间的传热
– DPM, 喷雾, 颗粒…
封闭空间的自然对流问题
– 对稳态问题，必须使用 Boussinesq 模型. – 非稳态问题，可以使用 Boussinesq 模型或者理想气体模型
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自然对流的用户输入
在操作条件面板中定义重力加 速度 定义密度模型 – Boussinesq 模型
378
362 346 330 314 298
Flow direction Board (solid zone) Elect. Component (solid zone) 2 Watts source Convection Boundary 1.5 W/m2 K 298 K free stream temp.
A Pera Global Compan壁方法
薄壁方法
– 人工模型模拟壁面热阻
– 壁面需要必要的数据输入（材料导热系数，厚度）
– 只有对内部边界用耦合边界条件
Wall zone (no shadow)
Fluid zone
Wall thermal resistance is calculated using artificial wall thickness and material type. Through-thickness temperature distribution is assumed to be linear. Conduction is only calculated in the wall-normal direction unless Shell Conduction is enabled.
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薄壁中的温度分布
薄壁模型应用于法向导热，不生成实际的单元 壁面热边界条件应用于外层
Static temperature (cell value) Thin wall (no mesh) Thermal boundary condition on wall
– define/models/energy?
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固体域的能量方程
能计算固体域的导热