八十、Fluent中无厚度壁面导热问题

1. 无厚度壁面导热介绍

通常我们对于传热的计算只考虑流体域的传热，比如我们设置wall的温度=300K，实际上是想说流体域的边界温度是300K。

但有些情况下，我们是无法确定流体域边界温度的，比如我们想研究管道内水和外界的换热问题，我们只知道管道外壁面温度，而不知道内壁面温度，这种情况下应该如果确定温度边界条件呢？？？？

2. 无厚度壁面导热的两种方法

第一种方法是考虑到壁面厚度，将壁面的网格画出来然后在固体域求解能量方程；这方式当然可以计算壁面导热，但是往往壁面厚度都比较小，划分网格可能会比较复杂，同时还会造成网格质量较差。这种方式这里不再说明

第二种方式是Fluent提供的一种简化的方式，不需要画出壁面的网格，还可以考虑壁面导热。

3. 简化方法

Fluent壁面wall的热边界条件无论是什么类型，对于二维都存在wall thickness和heat generation rate；对于三维模型还存在shell conduction选项

这几个参数是什么意思呢？？有什么作用？？

3.1 Wall Thickness

a. 当Wall Thickness=0时，heat generation rate设置的值不可用。表示壁面无厚度，也就是不考虑壁面导热问题。

b. 当wall Thickness不为0时，表示考虑了壁面厚度。这种方式可以不用画网格来考虑壁面厚度。

c. 需要注意的是，壁面厚度是向外扩展的，而不是向内拓展。比如边长0.4m的正方形，左边和上面考虑wall thickness=0.05m后，会附加上0.05m的壁厚，但是通过Fluent看不到这个壁厚

d. 当wall thickness不为0时，边界条件一般加在不与流体或固体网格相邻的面上，也就是说，边界条件是加在外壁面上的。

e. 无论勾选什么温度条件，都存在wall thickness和heat generation rate。当wall thickness=0时，heat generation rate不可用。但当wall thickness不为0，此时的温度边界条件是添加到外壁面上的，壁面是有厚度的，需要进行传热或者发热。

如果壁面发热就需要设置heat generation rate，通过外壁面的边界温度和发热功率来确定内壁面温度。如果不发热，则需要将外壁面温度通过热传导的方式传导到内壁面，需要设置材料和导热系数。

f. 下图是壁面温度323K，wall thickness=0.02，导热系数为0.02时的内壁面温度。内壁面温度只有299K左右

3.2 Shell Conduction

Shell conduction表示考虑面厚度的导热，对需要考虑厚度的壁面，需要在thermal边界条件中勾选此项。Shell conduction 也可通过自己画图来体现壁面的导热，此时能展现出壁面的细节。

未勾选shell conduction的情况下计算只考虑了垂直wall平面方向的传热，而勾选shell conduction的情况下计算不单考虑垂直wall平面方向的传热，还考虑了沿着wall平面的传热。比如说传热较好的金属墙壁，勾选就要更接近真实情况

对固体板划分网格：

1）在固体域求解能量方程

2）板厚度需要用网格离散

3）最精确的方法，但需要多计算网格

4）由于壁面两侧都有网格，总是应用耦合热边界条件

薄壁方法：

1）人工模型模拟壁面热阻

2）壁面需要必要的数据输入（材料导热系数，厚度）

3）只有对内部边界用耦合边界条件

壳导热模型：

1）壳导热模型处理板内部的导热

2）求解器创建额外的导热单元，但不能显示，也不能通过UDF获得

3）固体属性必须是常数，不能和温度相关。

4）可以设置多层壁面，每层壁面可以设置不同的厚度和材料