STAR

STAR-CCM+是CD-adapco公司推出的CFD集成化平臺，可對真實條件下工作的產品和設計進行流體、固體的相關仿真。自然對流傳熱，指不依靠外力推動，由流體自身溫度場的不均勻所引起的流動，參與換熱的流體由于各部分溫度不均勻而形成密度差，從而在重力場或其他力場中產生浮升力所引起的對流傳熱現象。模型描述：仿真無限長同心圓柱腔內的自然對流傳熱。

東西/原料

STAR-CCM+ 12.02.010

模子導入

1
雙擊桌面圖標啟動STAR-CCM+ 12.02.010程序，新建一個simulation，選擇Parallel on Local Host，Compute Processes設為2，點擊OK。
2
點擊File > Import > Import Volume Mesh，導入軟件help自帶的startutorialsdata文件夾里的concylMesh.ccm，保留定名conCyl.sim。因為模子對稱，所以采用半圓柱腔進行仿真，中間截面設為對稱鴻溝。

物理模子

1
雙擊Continua > Physics 1> Models設置流體屬性。
2
點擊Continua > Physics 1 > Models > Gas > Air，將Dynamic Viscosity設為1.846e-5 Pa·s，Specific Heat設為1007 J/kg·k，Thermal Conductivity設為0.0263 W/m·K。
3
點擊Continua > Physics 1 > Reference Values，將Gravity設為[0.0, -9.81] m/s^2，Reference Density設為1.1614 kg/m^3，Reference Pressure設為100000 Pa。
4
點擊Continua > Physics 1 > Initial Conditions > Static Temperature，初始溫度設為300 K。

鴻溝前提

1
點擊Regions > ConvectionCylinders > Boundaries > Inner Wall > Physics Conditions，設置Thermal Specification前提為Temperature。隨后將Inner Wall > Physics Values > Static Temperature設為306.3 K。
2
采用不異方式設置Outer Wall，Static Temperature設為293.7 K。

求解前提

1
點擊Solvers > Coupled Implicit，將Courant Number設為100。在耦合求解器中凡是用Courant Number來調節計較的不變性與收斂性。凡是，Courant Number越大，收斂越快，但不變性逐漸降低。
2
點擊Stopping Criteria > Maximum Steps，設為300。

后處置顯示

1
建立一個scalar scene監控溫度。點擊Scalar Scene 1 > Displayers > Scalar 1 > Scalar Field，Function設為Temperature。點擊Scalar 1 > Contour Style選擇Smooth Filled。
2
右鍵Scalar Scene 1 > Displayers，新建一個Vector監控流速。
3
右鍵Reports選擇New Report > Heat Transfer，Parts選擇Inner Wall。同理，再建立監測Outer Wall的Heat Transfer陳述。
4
右鍵Reports選擇New Report > Expression，重定名為Heat Balance，用來監測圓柱腔表里壁的熱量均衡。右鍵Heat Balance選擇Create Monitor and Plot from Report。

計較

1
Ctrl+S保留文件，接著初始化，起頭計較。

成果

1
殘差曲線。
2
Heat Balance曲線。
3
溫度場云圖。點擊Scalar Scene 1 > Displayers > Scalar 1 > Color Bar，將Title Height設為0.04，Label Height設為0.035。
4
流速場云圖。

對比

1
將模子另存為conCyl_Copy.sim，點擊菜單欄Solution > Clear Solution。
2
雙擊Continua > Physics 1> Models編纂流體屬性，打消Gravity，保留sim文件，并從頭提交計較。
3
計較完當作后，同時打開conCyl.sim，雙擊顯示Scalar Scene 1。別離在兩個sim文件中，右鍵Scalar Scene 1，選擇Linked View。
4
左鍵拖拽conCyl-Scalar Scene 1至窗口右側，并列顯示兩次計較的溫度和流速云圖。顯然，勾失落Gravity屬性后，不再有由重力引起的浮升流動現象，空氣不再流動，只在徑標的目的進行傳熱。

當量熱導率系數

1
右鍵Reports選擇New Report > Volume Average，重定名為k，Parts選擇ConvectionCylinders，Field Function選擇Thermal Conductivity。
2
右鍵Reports選擇New Report > Expression，重定名為Qcond，在Definition處輸入圓筒壁導熱量公式。
3
界說等效導熱率系數，右鍵Reports選擇New Report > Expression，重定名為Keq，在Definition處輸入計較公式。運行Keq，在Output處查看成果為2.55，這申明在考慮天然對傳播熱時，比純真的熱傳導傳遞的熱量多2.55倍，天然對流有強化散熱的結果。