starccm+冷却水套流动和应力计算教程.ppt

发动机水套流动及流固耦合换热和应力分析 主要内容 概述 流固耦合换热的概念和应用 CFD求解耦合换热的案例及意义 利用STAR-CCM+进行发动机水套CFD分析 发动机水套流动和换热CFD分析整体解决方案 水套内纯流动问题CFD分析 六缸完整水套等温定常流动(案例1) 水套流固耦合换热CFD分析 单缸非等温定常流动(案例2) 单缸非等温热应力分析(案例3) 流固耦合换热的概念和应用 流固耦合换热--流体和固体之间的换热过程，也叫共轭换热 应用领域—汽车、化工、能源、动力、航空、航天等 CFD求解耦合换热的案例及意义 CFD求解耦合换热的案例及意义 利用STAR-CCM+进行发动机水套CFD分析 为什么采用STAR-CCM+？ 前处理—包面的优势、方便的网格参数设置、自动化的网格生成 网格特点—多面体网格的优势 求解器—高精度 后处理—计算监控和后处理的一体化，实时显示 生成report—提供丰富的关键参数report生成功能，便于分析计算结果 利用STAR-CCM+进行发动机水套CFD分析 发动机水套的STAR-CCM+解决方案 水套内纯流动过程模拟 主要考察整体压力损失和局部流动死区 水套流固耦合换热过程模拟 主要考察共轭换热情况，研究换热效率 水套流固耦合热应力分析 主要 考察水套固体热应力分布情况 利用STAR-CCM+进行发动机水套CFD分析 基本操作流程 六缸完整水套等温定常流动(案例1) 几何模型的导入 六缸完整水套等温定常流动(案例1) 重新生成面网格 六缸完整水套等温定常流动(案例1) 生成多面体类型的体网格 六缸完整水套等温定常流动(案例1) 选择物理模型 稳态计算 湍流模型：K-Epsilon 壁面处理：Two-layer All y+ Wall Treatment 求解器：Segregated Flow 模型参数修改-液态水的物理属性(80℃) 密度：971.8 kg/m3 动力黏度：3.551e-4 Pa.s 六缸完整水套等温定常流动(案例1) 边界条件及求解设置 进口：速度进口（2m/s） 出口：压力出口 进出口拉伸层壁面：滑移壁面 其它边界均按缺省设置给定 求解器参数按缺省设置给定（实际可根据具体情况设定） 六缸完整水套等温定常流动(案例1) 后处理的相关设定 建立三个截面，分别得到三个截面的速度标量云图 在进口处做一个report（面积平均的压力），监控计算收敛情况 六缸完整水套等温定常流动(案例1) 结果展示 单缸非等温定常流动(案例2) 几何模型的导入(固体) 单缸非等温定常流动(案例2) 边界划分 单缸非等温定常流动(案例2) 网格重构 单缸非等温定常流动(案例2) 封闭流体域的进出口 单缸非等温定常流动(案例2) 通过拓扑分割将流体和固体区域分开 单缸非等温定常流动(案例2) 生成多面体类型的体网格 不考虑沸腾—单缸非等温定常流动(案例2) 流体域物理模型 稳态计算 湍流模型：K-Epsilon 壁面处理：Two-layer All y+ Wall Treatment 温度：Segregated Fluid Temperature 求解器：Segregated Flow 固体域物理模型 稳态计算 温度：Segregated Solid Energy 模型参数修改 液态水密度：971.8 kg/m3 液态水动力黏度：3.551e-4 Pa.s 液态水导热系数：0.674 W/m.K 固体材料：不锈钢 不考虑沸腾—单缸非等温定常流动(案例2) 流体边界条件 进口：速度进口（4m/s，353K） 出口：压力出口 固体边界条件 缸盖底：环境温度700K，换热系数450W/m2.K 进气道：环境温度320K，换热系数300W/m2.K 排气道：环境温度550K，换热系数380W/m2.K 上表面及侧面：环境温度340K，换热系数100W/m2.K 其它：缺省设置（绝热） 单缸非等温定常流动(案例2) 结果展示 单缸非等温热应力分析(案例3) 固体域物理模型 稳态计算 温度：Segregated Solid Energy Solid stress Linear Isotropic Elastic 边界条件 螺栓孔 Fix 缸盖底 NormalDisplacement 其他默认 单缸非等温热应力分析(案例3) 结果展示 考虑沸腾—单缸非等温瞬态流动(案例4) 考虑沸腾模拟，网格仍采用案例2的模型，固体区物理模型不变，流体域物理模型为: 瞬态计算：Implicit Unsteady Boiling Surface Tension Gravity 湍流模型：K-Epsilon 壁面处理：Two-layer All y+ Wall Treatment 温度：Segregated Mu