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1、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,发动机水套内流动,发动机温度分布,涡轮应用温度分布,换热器,CFD求解耦合换热的案例及意义,流体温度,
2、固体温度,发动机排气歧管,涡轮流动,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
3、动机水套CFD分析,基本操作流程,导入几何,网格参数生成网格,特征线包面,划分边界表面重构,前处理,模型边界,物理模型,边界条件,求解设置,计算监控,监控参数后处理,生成Report,执行计算,按需执行,六缸完整水套等温定常流动(案例1),几何模型的导入,进口,出口,检查网格质量，如有必要，可进行包面处理。,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,网格数为542921；进出口拉伸层为10层 (总长度20mm),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
4、 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,A,A,B,C,B,C,六缸完整水套等温定常流动(案例1)
5、,结果展示,A-A,B-B,C-C,进口压力监控曲线,单缸非等温定常流动(案例2),几何模型的导入(固体),检查网格质量，如有必要，可进行包面处理。,进水口,出水口,边界划分,单缸非等温定常流动(案例2),实际模拟时，应仔细划分边界，并按照实验结果尽量准确地给定边界条件,进气道和排气道,螺栓,缸盖底,1.缸盖底2.进气道3.排气道4.上表面及侧面5.螺栓孔6.其它,网格重构,表面网格大小2-10mm,单缸非等温定常流动(案例2),单缸非等温定常流动(案例2),封闭流体域的进出口,封闭两孔，边界分别命名为inlet和outlet,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,固
6、体区域,流体区域,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,可以给定物性为温度的函数,不考虑沸腾单缸非等温
7、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,固体温度,流体温度,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 EnergySolid stress Linear Isotropic Elastic 边界条件螺栓孔 Fix缸盖
8、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 BoilingSurface TensionGravity湍流模型：K-Epsilon壁面处理：Two-layer All y+ Wall Treatment温度：Segregated Multi-Phase Temperature求解器：Segregated FlowMulti-Phase Equation of StateVolume of
9、Fluid (VOF)Eulerian MultiphaseMulti-Phase Mixture,考虑沸腾单缸非等温瞬态流动(案例4),固体边界条件同案例2，流体边界条件为进口：速度进口（4m/s，353K，Volume Fraction of Water：1.0）出口：压力出口（ Volume Fraction of Water：1.0 ）初始条件：流体速度：0m/s流体/固体温度：353K流体区Volume Fraction of Water：1.0 求解参数时间步长：0.1s计算时间：100s其它参数按默认设置,考虑沸腾单缸非等温瞬态流动(案例4),后处理的相关设定建立VOF的等值面，可基于此等值面显示其它标量（如压力）的云图，以此来观察气泡的产生。,考虑沸腾单缸非等温瞬态流动(案例4),输出流体跟固体界面的换热系数,考虑沸腾单缸非等温瞬态流动(案例4),结果展示(t=21.5s),流体温度,等值面压力(iso value=0.2),考虑沸腾单缸非等温瞬态流动(案例4),固体/流体界面换热系数,水蒸气的体积含量,
