[發明專利]一種超薄體傳熱仿真方法

有效

• 申請號: 202010403640.2
• 申請日: 2020-05-13
• 公開（公告）號: CN111611698B
• 公開（公告）日: 2023-03-24
• 發明（設計）人: 張華偉;殷術貴;郭偉科;黃棟;陳敏;吳后吉
• 申請（專利權）人: 廣東省智能制造研究所
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06T17/00;G06F119/08;G06F111/10
• 代理公司: 廣州市南鋒專利事務所有限公司 44228
• 代理人: 沈悅濤

本發明公開一種超薄體傳熱仿真方法，首先分別建立超薄體、傳熱載體、冷卻介質的幾何模型，其次幾何模型進行計算區域離散化，并將離散化后的計算區域導入數值仿真軟件，在數值仿真軟件內進行邊界條件設定、物性參數設定、數值迭代計算；最后獲得超薄體三維溫度場分布圖。本發明適合模擬超薄體與傳熱載體及冷卻介質三者之間的耦合傳熱仿真，通過對超薄體進行加厚處理，整個計算區域的網格數量大大降低，仿真時簡化模型，提高計算效率,且能夠快速模擬超薄體三維溫度場分布，能夠較精確的獲取超薄體、傳熱載體及冷卻介質在三維仿真中的微觀信息分布特點。

技術領域

本發明屬于傳熱仿真模擬技術領域，尤其涉及一種超薄體傳熱仿真方法。

背景技術

隨著計算機仿真技術的日益提升，越來越多的研究傾向于用數值方法定量探究耦合的流動傳熱問題。對于超薄體的傳熱仿真問題，由于其長寬比過大，采用真實幾何模型1:1建模時會出現網格數量巨大，嚴重影響數值計算的進行。以流延薄膜行業為例，薄膜厚數量級別為微米級別，如果采用真實的幾何模型，如流延薄膜尺寸為長寬厚分別為：4.4m×6.6m×10e-6m，假如厚度方向劃分5個網格，長寬比不超過20，則單這一薄膜的網格數量可計算為：

上述網格數量還僅僅是薄膜的個數，其數量級達到百億級別，此外再加上其他部分的網格，網格數量將在此基礎上成十倍、百倍量增加，網格根本沒法劃分，也沒法進行數值計算。

為了規避上述由于網格數量巨大帶來的問題，研究人員在對超薄體流動傳熱進行研究時，要么回避超薄體的仿真研究，要么進行一定的簡化處理，如將瞬態問題轉化為穩態進行模擬、將真實三維幾何模型轉換為二維甚至一維問題進行模擬、將超薄體的一維或二維仿真結果作為邊界條件施加到三維模型上然后再進行三維仿真模擬等，這些簡化的處理方法對超薄體的仿真研究有一定的可取之處，能夠大體模擬出超薄體的溫度場分布情況，但微觀信息難以捕捉。

發明內容

本發明的目的在于提供了一種超薄體傳熱仿真方法，能夠快速模擬超薄體三維溫度場分布，能夠較精確的獲取超薄體在三維仿真中的微觀信息分布特點。

為了實現上述目的，本發明專利的技術方案是：一種超薄體傳熱仿真方法，其特征在于：包括如下步驟：S1：分別建立超薄體、傳熱載體、冷卻介質的幾何模型，其中，超薄體的厚度尺寸增大P倍，P≥10，其它尺寸按1:1的比例建模；傳熱載體和冷卻介質按1:1的比例建模；冷卻介質與超薄體分別位于傳熱載體的兩側；

S2：分別對超薄體、傳熱載體、冷卻介質的幾何模型進行計算區域離散化；

S3：將離散化后的計算區域導入數值仿真軟件中，在數值仿真軟件內進行邊界條件設定、物性參數設定、數值迭代計算；其中邊界條件包括熱邊界條件、耦合傳熱邊界條件和進、出口邊界條件；物性參數包括密度、熱導率及比熱的參數設定；對于超薄體的導熱系數，超薄體沿厚度方向的熱導率λ1，其他方向熱導率λ2，則λ1/λ2≥10；超薄體的比熱為真實比熱的N分之一；或者密度為實際密度的N分之一；

當超薄體為長方體時，N=P；

當超薄體為圓環柱體時，若外徑從R1增大P倍后變為R2，即P=（R2-R)/（R1-R），則，式中R為環形超薄體的內徑，R1為真實幾何模型的外徑，R2為經過加厚處理后的外徑；

S4：數值仿真軟件計算后，獲得超薄體、傳熱載體、冷卻介質的三維溫度場分布圖及換熱量信息。

進一步地，當所述超薄體為長方體結構時，所述傳熱載體為橫截面為長方形的傳熱管道。當所述超薄體為圓環柱體結構時，所述傳熱載體包括兩層同心圓環柱體，兩層圓環柱體之間通過導流葉片連接；所述導流葉片為直型導流葉片或螺旋型導流葉片。

進一步地，所述數值仿真軟件為ANSYS、ABAQUS、STAR-CCM、OPENFOAM仿真軟件中的一種。