案例3 - 热驱动方腔流

1.案例介绍

在本案例中，对一个具有加热边界条件的二维方腔进行计算，通过施加温度差异来驱动流体在方腔内的运动。通过格物CAE的对流换热模块，可以获得流体在加热方腔中的速度场和温度场。加热方腔驱动流案例对于理解流体在加热边界条件下的对流现象，研究流体传热行为，以及优化加热系统的设计具有重要意义。

案例的几何和物理情形如下图所示：

对于该案例，后续也可以研究不同加热边界条件、方腔尺寸和流体性质对流动行为的影响；也可以探索不同的加热方式和加热强度，以优化流体的对流传热效果。

2.网格文件

网格文件：heated_square_cavity.med

3.操作说明

本案例在格物CAE->流动传热模块中完成。

3.1 网格导入

下载部分2的网格文件，在 流动传热仿真 -> 网格中，类型选择 上传网格，点击上传网格，依照指示将网格文件导入。

导入网格后，可通过鼠标左键移动视角，右击平移网格体。

3.2 选择湍流模型

点击 流动传热仿真，选择湍流模型为 层流模型，其他保持默认。如图所示：

3.3 设置全局模型

在 流动传热仿真 -> 全局模型 中，设置 y方向 的重力加速度为 -9.81 m/s².

3.4 设置材料

点击 流动传热仿真 -> 材料 右侧的[+]，添加流体材料，选择 水。 水的物性保持默认，其动力粘度为 6.68e-6 Pa·s，密度为 992.91 kg/m³。如图所示，比热为 4180 J/kg/K，热导率为 0.59967 W/m/K。如图所示：

3.5 初始条件

点击 流动传热仿真 -> 初始条件，设置湍流初值为 默认，温度为 293.15 K。如图所示：

3.6 边界条件

点击 流动传热仿真 -> 边界条件 右侧的 [+]，依此进行如下边界条件的定义：

• 高温壁面

选择壁面，点击 施加位置 右侧的 [+]，勾选 hot_wall，设置温度边界类型为 定温度，温度设为 353.15 K。

设置完成情况如图所示：

• 低温壁面

选择壁面，点击 施加位置 右侧的 [+]，勾选 hot_wall，设置温度边界类型为 定温度，温度设为 273.15 K。

设置完成情况如图所示：

• 绝热壁面

选择壁面，点击 施加位置 右侧的 [+]，勾选 adiabatic_walls，设置温度边界类型为定热流，热流大小为 0 W/m² 。

设置完成情况如图所示：

• 对称面

选择对称面，点击 施加位置 右侧的 [+]，勾选 symmetry_walls。

设置完成情况如图所示：

3.7 设置时间步和计算资源

点击 流动传热仿真 -> 时间步&资源，保持 定时间步长计算，选择时间步数为 500，时间步长为 0.0s，选择输出频率为 10，即每计算10步输出一帧后处理结果，如图所示：

4. 提交计算和查看仿真结果

设置完成后，点击 仿真计算，点击 开始计算，即可提交计算。

计算完成后，在流动传热仿真处会显示绿色图标，此时可开始进行仿真结果的查看。

点击 仿真计算->结果云图，选择物理场为 TempK/TempK ，点击播放键可观看传热过程;

选择物理场为 Velocity/Magnitude ，可观看流动过程。