[发明专利]一种超薄体传热仿真方法

说明书

本发明公开一种超薄体传热仿真方法，首先分别建立超薄体、传热载体、冷却介质的几何模型，其次几何模型进行计算区域离散化，并将离散化后的计算区域导入数值仿真软件，在数值仿真软件内进行边界条件设定、物性参数设定、数值迭代计算；最后获得超薄体三维温度场分布图。本发明适合模拟超薄体与传热载体及冷却介质三者之间的耦合传热仿真，通过对超薄体进行加厚处理，整个计算区域的网格数量大大降低，仿真时简化模型，提高计算效率,且能够快速模拟超薄体三维温度场分布，能够较精确的获取超薄体、传热载体及冷却介质在三维仿真中的微观信息分布特点。

技术领域

本发明属于传热仿真模拟技术领域，尤其涉及一种超薄体传热仿真方法。

背景技术

随着计算机仿真技术的日益提升，越来越多的研究倾向于用数值方法定量探究耦合的流动传热问题。对于超薄体的传热仿真问题，由于其长宽比过大，采用真实几何模型1:1建模时会出现网格数量巨大，严重影响数值计算的进行。以流延薄膜行业为例，薄膜厚数量级别为微米级别，如果采用真实的几何模型，如流延薄膜尺寸为长宽厚分别为：4.4m×6.6m×10e-6m，假如厚度方向划分5个网格，长宽比不超过20，则单这一薄膜的网格数量可计算为：

上述网格数量还仅仅是薄膜的个数，其数量级达到百亿级别，此外再加上其他部分的网格，网格数量将在此基础上成十倍、百倍量增加，网格根本没法划分，也没法进行数值计算。

为了规避上述由于网格数量巨大带来的问题，研究人员在对超薄体流动传热进行研究时，要么回避超薄体的仿真研究，要么进行一定的简化处理，如将瞬态问题转化为稳态进行模拟、将真实三维几何模型转换为二维甚至一维问题进行模拟、将超薄体的一维或二维仿真结果作为边界条件施加到三维模型上然后再进行三维仿真模拟等，这些简化的处理方法对超薄体的仿真研究有一定的可取之处，能够大体模拟出超薄体的温度场分布情况，但微观信息难以捕捉。

发明内容

本发明的目的在于提供了一种超薄体传热仿真方法，能够快速模拟超薄体三维温度场分布，能够较精确的获取超薄体在三维仿真中的微观信息分布特点。

为了实现上述目的，本发明专利的技术方案是：一种超薄体传热仿真方法，其特征在于：包括如下步骤：S1：分别建立超薄体、传热载体、冷却介质的几何模型，其中，超薄体的厚度尺寸增大P倍，P≥10，其它尺寸按1:1的比例建模；传热载体和冷却介质按1:1的比例建模；冷却介质与超薄体分别位于传热载体的两侧；

S2：分别对超薄体、传热载体、冷却介质的几何模型进行计算区域离散化；

S3：将离散化后的计算区域导入数值仿真软件中，在数值仿真软件内进行边界条件设定、物性参数设定、数值迭代计算；其中边界条件包括热边界条件、耦合传热边界条件和进、出口边界条件；物性参数包括密度、热导率及比热的参数设定；对于超薄体的导热系数，超薄体沿厚度方向的热导率λ1，其他方向热导率λ2，则λ1/λ2≥10；超薄体的比热为真实比热的N分之一；或者密度为实际密度的N分之一；

当超薄体为长方体时，N=P；

当超薄体为圆环柱体时，若外径从R1增大P倍后变为R2，即P=（R2-R)/（R1-R），则，式中R为环形超薄体的内径，R1为真实几何模型的外径，R2为经过加厚处理后的外径；

S4：数值仿真软件计算后，获得超薄体、传热载体、冷却介质的三维温度场分布图及换热量信息。

进一步地，当所述超薄体为长方体结构时，所述传热载体为横截面为长方形的传热管道。当所述超薄体为圆环柱体结构时，所述传热载体包括两层同心圆环柱体，两层圆环柱体之间通过导流叶片连接；所述导流叶片为直型导流叶片或螺旋型导流叶片。

进一步地，所述数值仿真软件为ANSYS、ABAQUS、STAR-CCM、OPENFOAM仿真软件中的一种。