Fluent传热：多孔介质传热，深入解析

作者：CFD之道，仿真秀平台作者

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本教程演示利用多孔介质的非平衡热模型 来模拟包含金属泡沫散热器 的封闭空间中自然对流。
案例内容包括：

• 定义多孔介质，建立非平衡热模型
• 模拟多孔介质中的自然对流

1 问题描述
金属模型如下图所示。

铝质泡沫散热器(63.4mm×63.4mm×50.8mm，图片尺寸对称)安装在外壳的受热表面上，考虑空间中的温度分布。

2 Fluent设置

• 以 3D、double-precision启动Fluent
• 读取计算网格metal-foam-hs.msh.gz

计算模型如下图所示。

2.1 Models设置

• 激活能量方程

• 采用层流计算

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2.2 Materials

• 修改材料air的属性，密度采用Boussinesq假设

注：对于理想气体，热膨胀系数等于1/T。本案例中参考温度293.15，因此热膨胀系数为1/293.15=0.003411。对于层流流动，精确的热导率及粘度极为重要。
Boussinesq假设采用下式计算密度：

2.3 操作条件设置

• 如下图所示设置操作条件，注意确认操作温度为293.15 K

注：本案例采用Boussinesq假设，因此操作密度无需设置。

2.4 边界条件设置
1、wall_hot设置

• 设置壁面温度为368.15 K

2、wall_sides及wall_top设置

• 同时选择wall_sides及wall_top，点击弹出菜单项Multi Edit…设置边界

• 设置换热系数为8 w/m2-k，设置环境温度293.15 k，如下图所示

2.5 区域设置

• 设置区域fluid-porous为多孔介质，并指定多孔介质参数，如下图所示

注：指定了多孔介质热模型为Non-Equilibrium后，会自动生成一个固体区域

• 如下图所示设置固体区域的材料介质

2.6 修改边界条件

• 拷贝边界wall-hot的参数到wall_hot:006，如下图所示

2.7 定义监测

• 监测固体区域的平均温度，如下图所示

2.8 初始化并计算

• 初始化计算区域

• 设置迭代计算

3 计算结果

• 监测物理量

• 温度分布

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