本案例演示利用XFlow计算共轭传热问题。

1 案例描述

本案例计算一个方形腔体内存在固体热源情况下的自然对流现象。如下图所示，腔体中充满空气，固体位于腔体中心，由于温度导致的浮升力导致对流。

边界条件如下图所示：

案例中流体密度采用Boussinesq假设：

其中，α为热膨胀系数，θ0为参考温度。

2 创建几何

本案例的几何模型采用XFlow创建。

• 选择菜单Geometry → Create Object→Create box，弹出六面体创建对话框

• 如下图所示设置两个角点坐标分别为（-1.5,-1.5,-1.5）及（1.5,1.5,1.5），点击Create按钮创建模型

由于计算的是内流场，因此创建的模型法向方向并不合乎要求，需要翻转模型法向。

• 在图形窗口中选择模型，点击鼠标右键菜单Reverse orientation，如下图所示。

• 创建另一个box，两角点坐标分别为（-0.5,-0.5,-0.5）及（0.5,0.5,0.5），注意检查模型法向方向。

注意：不管是导入的几何模型还是直接创建的几何模型，都要仔细检查其法向方向。XFlow利用面法向方向来判断内流还是外流计算。若法向方向与所设定的计算类型不一致，则计算时会报错。

3 Environment设置

在进行设置之前，需要开启XFlow的Expert模式。

• 利用菜单Options > Preferences ，弹出设置对话框，如下图所示，设置Application mode为Expert。设置完毕后可能会要求重启XFlow。

• Environment标签页设置如下图所示。

• 设置Kernel为2d

• 设置Thermal model为Segregated energy

• 设置Ext. acceleration laws为Y方向-9.81

• 设置Initial temperature field为350 K

4 Materials设置

材料设置如下图所示。

• 设置State equation为Boussinesq

• 设置Density为1 kg/m3

• 设置Thermal expansion coefficient为0.1

• 设置Dynamic viscosity为1e-5

• 设置Thermal conductivity为 10

• 设置Specific heat capacity为200

其他参数保持默认设置。

5 Geomety设置

• 选择X最小的面，选择右键菜单Apply boundary conditions to faces，如下图所示

• 同样的方式选择X最大的面，选择右键菜单Apply boundary conditions to faces

• 修改low-x面名称为hot-wall，并设置其温度为600K；设置high-x面名称为cold-wall，温度为300K

• 修改内部Box名称为Box，激活选项Conjugate heat transfer，设置Thermal conductivity为100，设置Initial temperature law为600K，设置Specific heat capacity为20

其他参数保持默认设置，如下图所示。

6 Simulation设置

• 设置Simulation Time为3 s

• 设置Resolved scale为0.05 m

• 设置Refinement algorithm为Near static walls，并设置所有面的Target resolved scale为0.025m

• 设置保存文件夹Folder

7 计算

• 选择左下角按钮Run →Start computaion进行计算。

8 后处理

• 3s时刻壁面上温度分布

• 温度变化

动画视频在这里：【链接: https://pan.baidu.com/s/1c2OrBRa 密码: qeeb】