求助：Fluent能做物体在太阳辐射条件下的温度场模拟吗？

yslgjj

如题，Fluent能做物体在太阳辐射条件下的温度场模拟吗？如果能做，用什么模型比较好
望高手指点一二，不胜感激！

xrs333

能。
你指哪方面的模型。

yslgjj

我想做一个模型来模拟地物在自然条件下的温度分布，需要考虑太阳辐射、大气对流传导和地面辐射等因素，用Do模型能计算吗？
我自己试了一下，有几个问题没有搞明白，望高手指点：
1、如果用稳态计算出来的结果是在初始状态下太阳辐射条件（方向矢量、热流通量等）下达到的平衡状态吗？如果需要知道不同时刻的温度场，是不是应该用瞬态模型计算呢，但是用瞬态模型计算总是不收敛，这样的结果可信吗？
2、取一个比目标大几倍的空间作为计算域，空间的边界条件怎么设置，除了入口与出口，其他的边不能设置成壁面吧，设置成对称的边界行吗？
3、地面作为大空间的地面，设置成对流传热的壁面，为什么温度总是过高呢（390K）？应该怎么设置壁面的边界条件呢？

xrs333

1 是平衡状态的。是应该用瞬态模型，不收敛，如果发散，当然不行。但是如果你是指未能残差降低一定的幅度，那么应该了解这种判据未必合理，应该用温度、速度或通量等更直接的判据。
2 流动是自然对流吧？是壁面可以设置成壁面，不是当然不能。你提到“边”，难道是二维模型？那么怎么模拟太阳辐射呢？
3 你提到“地面设置成对流传热的壁面”，就是说你认为地面的传热边界条件是预设的，那么有什么必要用CFD呢？

你把问题说得再明白一些。

yslgjj

刚刚入手Fluent，有些问题不会表述，让版主见笑了。请问版主邮箱地址是多少，稍后我把case发过去，望赐教！
我的邮箱yslgjj@126.com

xrs333

还是在版中讨论好。
我的意思是你把物理问题说明白，研究什么，你想要得到什么，假设是否合理，然后再讨论如何建立计算模型。

yslgjj

目的是计算在太阳辐射条件下物体与地面的温度分布，最好能将地面对物体的辐射也考虑进去。

模型介绍：
地面取7*7平方米，深1米，物体为一个边长为1米的立方体，放在地面中心，空间高度取4米，大小与地面相同。空气采用材料库中的air材料，地面采用材料库中的Caco3（碳酸钙）材料，物体为自定义的cube材料。

边界条件设置：
设置地面以下1米处为恒温壁面，温度为288K，四个侧面为绝热壁面。空气与地面的接触面为耦合壁面，物体与地面接触面conduct-face为导热壁面（假设传热系数为20），物体其余5个与空气接触的面设置成辐射传热。空气设置速度入口与outflow出口，其余三个面设置为symmetry。

用Do模型自带的Solar Calculator计算阳光辐射。

以上的模型建立以及设置是否合理，望不吝赐教，谢谢！

我用这个模型计算，在稳态条件下，迭代了140次收敛（亚松弛因子等都是用的默认设置）。为什么物体的温度始终都和空气温度一样呢，而且地面温度也太高了，什么地方出了问题呢？

xrs333

问题描述的不错。
但是没有对传热过程进行分析，因此模型考虑有纰漏，就是辐射。考虑一下，与地面发生辐射换热的对象有哪些？

yslgjj

是漏掉了与空气的对流换热吧，我把地面、物体与空气接触的面设置成混合的边界条件，计算结果还是不理想啊，而且对流换热系数不知道，只能假设，这样也会影响计算结果啊！

另外怎么考虑地面对物体的辐射传热呢？

而且我把太阳辐射的方向角调得比较大（如下午5点）时，按理说物体各个表面的温度应该不同，但是为什么出不来这样的模拟结果呢？

xrs333

分析一下传热过程和求解模型：
  空气：热对流，求解N-S方程和能量方程
  地面土壤、物体：导热，求解能量方程
  地面与物体之间：接触传热，用薄壁热阻模型
  地面或物体与空气之间：对流换热，Coupled传热边界条件
  太阳对地面或物体表面的辐射：投射辐射热流，太阳辐射模型
  地面或物体与周遭物体之间：辐射换热，由于处于计算域内部，必须用辐射模型。这部分传热过程是最容易被忽视的，但很多时候是不可忽略的。一般情况比较复杂。在室外，周遭物体包括地面上的物体和天空，它们的辐射性质和温度又不一样，需要适当简化与近似。
    有辐射换热时，流体区边界条件不能随便用symmetry边界条件。

uesoft

我相信大家都欢迎象xrs333这样的比较细致的解答。

xrs333

原帖由 uesoft 于 2011-3-15 18:20 发表

                               
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我相信大家都欢迎象xrs333这样的比较细致的解答。

细致？2楼用了几个字？但是3楼回了一大片。
我想两方面都有深入讨论问题的兴趣，才能搭高楼。

[ 本帖最后由 xrs333 于 2011-3-15 18:50 编辑 ]

yslgjj

不好意思，前两天有点忙，没时间上网，让帖子沉下去了，呵呵
由于是新手，关于版主的解答，我还是有些地方不太明白，希望能说得更详细些。
1、建模时空气区域是否应该为一个六面体抠去一个小立方体？
2、空气区域除了入口、出口以及与地面、物体耦合的面，其余三个面如果不能设置成Symmtry，应该如何设置边界条件？
3、耦合的边界条件是这样设置吗：我发现在Gambit中将两个体共有的面合并之后，生成的网格导入到Fluent中才会有耦合选项（即自动生成一个shadow面），但是如果空气区域减去物体（立方体）后，地面就不再是正方形（中间抠去了一个小正方形），这样怎么与仍是正方形的地表耦合呢？用split face命令将地表面用立方体的地面分割成两个面，可以吗？
4、薄壁热阻模型具体在Fluent软件中怎么设置边界条件呢？本例中物体立方体的底面与地面是大小不同的面，两个面应如何设置边界条件呢？
5、版主列出了各个接触面之间的方程，分析得很全面，但是这些控制方程在Fluent软件中怎么计算呢，如“空气：热对流，求解N-S方程和能量方程；  地面土壤、物体：导热，求解能量方程；  地面与物体之间：接触传热，用薄壁热阻模型”，这些方程是分别计算还是通过Fluent软件的设置，一次就计算完成了呢？
6、投射辐射热流怎么计算啊，这个模型在Fluent中什么地方设置呢？

感谢版主耐心的支持，由于我没有学过流体力学，只是需要用Fluent计算才开始接触的这个软件，所以有许多问题比较低级，还请版主不吝赐教，感激不尽！

uesoft

原帖由 yslgjj 于 2011-3-17 08:40 发表
由于我没有学过流体力学，只是需要用Fluent计算才开始接触的这个软件

看看，这就是Fluent的威力，不学流体力学也能用CFD软件，软件就应该达到这样的成熟程度。
我个人认为各种专业仿真软件中，Matlab在控制仿真、ANSYS在固体力学、Fluent在流体力学的地位，正如Windows在操作系统的地位。

xrs333

问题有点多，但都很具体，也就不难回答，但是稍等一两天。也许板油可解答。