本案例利用Fluent中的电势模型计算通电电阻产生的焦耳热问题。

1 案例描述

本案例要计算模型如下图所示。

空气入口气体流速60 m/s，入口温度300 K，空气出口为自由出流。电阻直径10 mm，流体域外径30 mm，长度为100 mm。

划分网格如下图所示。

边界命名如下图所示。

建模过程在Workbench中完成。

2 Fluent设置

2.1 General设置

• 双击General节点，右侧面板采用默认设置。

2.2 Models设置

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

• 鼠标双击模型树节点Models > Electric Potential，弹出的设置对话框中激活选项Potential Equation及Include Joule Heating in Energy Equation

注：默认情况下并不包含焦耳热计算

2.3 Materials

• 添加材料water-liquid，设置其电导率为0.0001 s/m，如下图所示

aluminum的材料参数保持默认设置。

注：激活了电势模型后，在材料参数中可以设置材料的电导率

2.4 Cell Zone Conditions

• 鼠标右键选择模型树节点fff_r，点击弹出菜单项Type → solid将该计算域类型设置为固体类型

• 弹出的对话框中设置Material Name为aluminum

• 双击模型树节点Cell Zone Conditions > fff_air，弹出对话框中设置Material Name为water-liquid

2.4 Boundary Condtions

1、high_v

该边界施加电势及对流散热条件。

• 双击模型树节点Boundary Conditions > high_v，设置Thermal标签页下热条件为Convection，并设置换热系数为50 w/m2-k，自由流温度280 k

• 切换至Potential标签页，设置Potential Boundary Condition为Specified Value，并指定Potential为2 v，如下图所示

2、inlet

• 双击模型树节点Boundary Conditions > inlet，如下图所示，在弹出对话框中设置速度为60 m/s

• 设置温度为280 k

3、low_v

• 双击模型树节点Boundary Conditions > low_v，弹出对话框中设置热条件为Covection，并设置换热系数为50 w/m2-k，自由流温度280 k

• 设置边界电势为0 V

4、outlet

• 双击模型树节点Boundary Conditions > outlet，如下图所示进行设置

5、walls

• 双击模型树节点Boundary Conditions > walls，

其他参数及边界保持默认设置。

2.5 Mesh Interfaces

将系统默认的Interface删除掉，重新创建Interface。

• 右键选择模型树节点Mesh Interfaces，点击弹出菜单项New…新建interface

• 弹出对话框中点击按钮Manual Create…采用手动创建

• 如下图所示，在弹出的对话框中选择合适的配对边界，并激活选项Coupled Wall，点击按钮Create/Edit…创建交界面

2.6 Initialization

• 右键选择模型树节点Initialization，点击弹出菜单项Initialize进行初始化

2.7 Run Calculation

• 鼠标双击模型树节点Run Calculation，右侧面板设置参数Number of Iterations为300，点击按钮Calculate开始计算

3 计算结果

• 温度

• 电势

• 电流

注：材料属性中设置的铝的电导率为3.541E7 s/m，注意这里电流的单位是A/m2

• 焦耳热

本篇文章来源于微信公众号: CFD之道