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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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