本案例演示利用Fluent仿真计算固体热源块中热传导问题。

文献：F.P. Incropera, D.P. Dewitt. Fundamentals of Heat and Mass Transfer. 5th Edition, pg. 117, 2006.

1 问题描述

案例模型如下图所示。两种不同材料组成的固体块，左侧材料拥有均匀的体积热源，右侧材料通过通过壁面对流换热。计算并验证固体块中温度分布。

计算条件如表所示。

采用稳态计算。

2 Fluent设置

• 以2D、Double Precision模式启动Fluent

2.1 General设置

• 鼠标双击模型树节点General，右侧面板选择选项Transient采用瞬态计算

2.2 Models设置

• 右键选择模型树节点Models > Energy，选择弹出菜单项On激活能量方程

2.3 Materials设置

• 鼠标双击模型树节点Materials > Solid > aluminum，弹出设置对话框

• 如下图所示，设置Density为2719 kg/m3

• 设置Cp为871 j/kg-k

• 设置Thermal Conductivity为75 w/m-k

• 其他参数保持默认设置，点击按钮Change/Create修改参数

• 增加固体材料copper

• 如下图所示，设置Density为8798 kg/m3

• 设置Cp为381 j/kg-k

• 设置Thermal Conductivity为150 w/m-k

• 其他参数保持默认设置，点击按钮Change/Create修改参数

2.4 Cell Zone Conditions

• 鼠标双击模型树节点Cell Zone Conditions > slab1，弹出材料设置对话框，激活选项Source Terms

• 进入Source Terms标签页，点击Edit…按钮进入能量源设置对话框

• 弹出对话框中设置Number of Energy source为1，并设置其值为1500000 w/m3，点击OK按钮关闭对话框

• 鼠标双击模型树节点Cell Zone Conditions > slab2，弹出设置对话框，设置Materials Name为copper

注：确保计算区域类型为solid

2.5 Boundary Conditions

1、side2

• 鼠标双击模型树节点Boundary Conditions > side2弹出设置对话框

• Thermal标签页设置Thermal Conditions为Convection

• 设置Heat Transfer Coefficient为1000 w/m2-k，设置Free Stream Temperature为30 c

• 其他边界采用默认设置

2.6 Methods

• 双击模型树节点Methods，右侧面板保持默认设置

2.7 Controls

• 鼠标双击模型树节点Controls，点击右侧面板中按钮Equations…，弹出对话框中取消选择列表项Flow，如下图所示

注：本案例只计算固体间传热，并不涉及到流场计算，因此这里可以排除流动方程。

2.8 Monitor

• 双击模型树节点Monitors > Residual，弹出设置对话框

• 如下图所示，设置所有变量的残差为1e-16

2.9 Initialization

• 鼠标双击模型树节点Initialization，右侧面板中如下图所示设置初始温度为26.85 c

2.10 Run Calculation

• 鼠标双击模型树节点Run Calculation，右侧面板如下图所示，设置Number of Time Iterations为100，其他参数保持默认设置

• 点击按钮Calculate开始迭代计算

3 计算结果

• 温度分布

• 与实验值比较

利用树形节点Report输出左侧壁面平均温度，并与实验值进行比较。

与实验值比较结果如下表所示。

相关文件：

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