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标题: 油汀电暖器数值仿真算例 [打印本页]

作者: 黄艳芬 时间: 2015-8-20 14:37
标题: 油汀电暖器数值仿真算例
本帖最后由黄艳芬于 2015-8-20 15:04 编辑

本章对油汀电暖器数值仿真流程和步骤进行详细说明。 Simerics算例文件目录下会生成几个重要文件，其中“.sgrd” 文件为网格文件，记录网格信息； “.spro” 文件为工程文件，记录模型及边界条件设置信息；如需打开一个完整的算例，工程文件和网格文件缺一不可。“ .stl” 文件为Simerics支持的几何模型导入格式。

1 油汀电暖器几何模型导入

► 在CAD软件中，将油汀电暖器流体域以STL格式导出；
► 运行Simerics软件，新建一个工程文件，界面如下：

► 选择界面左边的【 Mesh】窗口（一共4个窗口选项，分别是Mesh、 Model、 Simulation和Result，分别代表各个步骤）。
► 选择【 Import/Export Geometry or Grid】命令，点击【 Import Surface From STLTriangulation File】，选择事先从CAD文件中导出的 .stl 文件，导入几何，结果如下。

2 尺寸转换

Simerics中默认所有模型单位为m，因此对于该CAD模型单位为mm的油汀电暖器案例，需要将Simerics中导入模型的尺寸值由“毫米”量级转换为“米”量级。该过程通过Simerics中的尺寸缩放功能实现，即用已有的尺寸值乘以合适的比例因子，进行一键式操作。

► 选择【 Geometric Entities】 Panel /【 CAD Surface】 /【 youtin】。
► 点击【 Mesh】 Panel /【 Grid and Geometry Information】。
► 在【 Properties】 Panel /【 Geometry】中，检查模型尺寸。

► 选择【 Geometric Entities】 Panel /【 CAD Surface】 /【 youtin】。
► 点击【 Mesh】 Panel /【 Transform Geometry or Grid】。
► 检查或设置【 Properties】 Panel /【 Geometry】中模型缩放参数。

► 点击【 Properties】 Panel /【 Geometry】 /【 Scale】，完成尺寸转换。

注意：每点击一次【 Scale】，模型尺寸就会按比例转换一次。因此不要多次点击。

3 切分油汀电暖器边界面

► 点击【 Mesh】 Panel /【 Split/Combine Geometry or Grid】，选择【 Split By Angle】方法，切分角度设为“ 75º ”，将油汀电暖器几何模型切分；

► 将youtin_3重命名为heat_source；
► 将youtin_1、 youtin_2、 youtin_4至youtin_7进行组合；

重命名组合体为wall；

► 将文件保存。

4 生成网格

► 在【 Mesh】面板选择【 General Mesher】；
► 将Mesh Name设为youtin；
► 将Maximum Cell Size设为0.003；
► 将Cell Size on surfaces设置为0.001；

► 在【 Geometric Entities】面板中选择 heat_source 和 wall 面，点击 Create Mesh 按钮，产生的网格如下图所示。

► 将文件保存。

5 模型设置及求解

5.1 选择模型

► 在【 model】模板中的右上角，打开【 Select Modules】命令。
► 添加 Flow 模型和 Heat 模型，并关闭【 Select Modules】命令。

5.2 设置通用操作参数

► 选择 Flow 模型，在【 Model】模板中设置【 Reference Pressure Location】为 1，设置【 Gavity Foece】为 yes，设置【 g】为[ -9.8 0 0 ]，设置【 Max.Velocity Magnitude】为 100，其他参数设置默认，如下图。

注意：此处需考虑重力，才能实现油汀内部的自然对流。参考压力位置为 1 表示第一个网格位置。

► 选择 Heat 模型，在【 Model】模板中设置【 Converge Criterion】为 1e-05，设置【 Relaxation】为 0.3，设置【 Diagonal Relaxation】为 0.3，设置【 Temperature Upper
Limit】为 500，设置【 Temperature Lower Limit】为 200，其他参数设置默认，如下图。

注意：考虑到收敛性问题，一般需要上调松弛因子，此外将温度计算区间缩小也有利于模型更好地收敛。

5.3 设置边界条件

（ 1）加热边界条件
► 在【 Geometric Entities Panel】模板中选择边界 heat_source 面。
► 在【 Properties】窗口的【 Model】模板中的 Heat 右面的下拉菜单中选择 SpecifiedHeat Flux，在 Options 的下拉菜单中选择 Total Flux，设置 Value 为 35。

（ 2）热源边界条件
► 在【 Geometric Entities Panel】模板中选择边界 wall 面。
► 在【 Properties】窗口的【 Model】模板中的 Heat 右面的下拉菜单中选择Convection/Radiation，在 Options 的下拉菜单中选择 Convection，设置 Exchange Coefficent 为 20，设置 Convection Ambient Temperature 为 293。

5.4 设置介质属性参数

►在【 Geometric Entities】窗口下选择所有的 Volumes。
►在【 Properties】窗口下的【 Model】面板中，点击某一参数，点击右侧按钮，在弹出的面板中输入材料物性随压力的变化关系式。其中 heat.T 为随计算进行而实时提取的温度值。

►在 Density 中设置 Value 为 den。
►在 Viscosity 中设置 Value 为 vis。
►在 Conductivity 的下拉菜单中选择 Constant Conductivity，并设置 Value 为 con。
►在 Capacity 中设置 Value 为 cp。
►在 Flow 中将 Initial Condition 设置 Pressure 为 0。
► 将文件保存。

5.5 运行仿真

► 在【 Simulation】面板中设置 Number of Iterations 为 10000；
► 点击 Start 按钮运行仿真。

6 计算结果查看

► 云图显示，在“Geometric Entities”窗口的“Volumes”部分，选择需要查看的流体域，在“ Results”窗口下，选择对应的变量即可。如查看温度或速度云图分布，观测油汀分层果。

► 创建截面，在“Geometric Entities”窗口下，点击“ Create a Cross-Section ”命令，在窗口下方新增“Derived Surfaces”选项，选择新创建的截面，可通过拖动或设置截面位置的方式确定某一截面位置。截面可显示云图或速度矢量。

► 查看速度矢量，选择上步骤创建的截面，在“ Results”窗口下，勾选“ Vectors”选项，即可显示矢量。同时也可选择不同的参数给速度矢量以颜色显示，如压力。在“ Properties”窗口，“ View”命令下可调速度矢量的大小，箭头大小，投影以及透明度显示等。

► 流线显示，计算完成后，选择“ Model”窗口，点击“Select Modules”命令，添加“Streamline”命令。选择释放流线边界面（如加热面），在“Properties”窗口下设置“Release Particle”为“Yes”，即可显示流线。流线厚度、数目及颜色标注等均可调。

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