案例9 油汀散热分析

1.案例介绍

油汀 (Oil Heater)又叫充油取暖器，其外观与暖气片相似，采用烘烤的方式取暖。油汀将电热管安装在散热片的腔体内部，在腔体内电热管周围注有导热油。当接通电源后，电热管周围的导热油被加热、升到腔体上部，沿散热管或散热片对流循环，通过腔体壁表面将热量辐射出去，从而加热空间环境。被空气冷却的导热油下降到电热管周围又被加热，开始新的循环。（ATTENTION!!! 本模型忽略导热油的对流传热，简化为导热模型）这种取暖器一般都装有双金属温控元件，当油温达到调定温度时，温控元件会自行断开电源。油汀散热片有7片、9片、10片、12片等多种，其工作时散热片增加了散热面积，从而使室内温度升高。

2.流程介绍

• 前处理与求解设置
  • 学习如何设置模型参数与材料相关选项
  • 学习如何合理设置边界条件
  • 学习如何设置求解器
• 后处理结果分析展示
  • 结果云图

本案例使用的网格模型为Mradiator

步骤一：导入网格

进入传热学分析模块，点击“传热学分析”下的“网格”，导入输入文件的网格。本案例的网格名为Mradiator.med。如下图所示：

步骤二：全局设置

点击菜单栏“传热学分析”，设置“非线性效应”开关为“开”，“时变特性”为“瞬态”。设置完毕后须点击对号以确认！！

步骤三：兴趣点

点击“兴趣点”后“+”，创建两个兴趣点，并设置坐标。（可以通过网格的大小调节半径的大小，以此观察所选点的位置）

步骤四：线性接触

此案例无需设置线性接触

步骤五：单元设置

单元设置主要目的是设置单元类型，在传热学模块中，单元类型可以设置一阶网格与二阶网格两种。当单元设置为手动时，可对子模型进行单元设置。
本案例使用自动设置

步骤六：材料设置

点击菜单栏中的“材料”后“+”，选择材料库中“铝”，导热系数使用表格形式。

步骤七：初始条件

初始条件设置“全局”温度为20摄氏度

步骤八：边界条件与荷载

点击“边界条件与荷载”后的“+”，弹出四个传热学边界;本案例中首先选择“温度”边界，施加位置在体“V_source”，温度值以表格展示。

再次点击“+”，添加边界“热对流”，施加位置如图。

步骤九：求解器设置

在偏微分方程求解的几种数值方法中，有限元方法最为通用，在工程领域应用也最为广泛。

以本案例为例，采用MUMPS计算方式.默认设置求解器设置如下图所示：

步骤十：时间步设置

设置“结束时间”为1800s，“时间步长”为30s。“结果写入时间步”设置为“初始时间步”。

步骤十一：结果设置&计算

1）物理场

点击菜单栏中的“结果配置”前的“+”，设置“物理场”，点击后面的“+”，计算“热通量”和“温度”云图。

2）表面物理量计算

本案例无表面物理量的计算

3）体积物理量计算

点击菜单栏中的“结果配置”前的“+”，设置“体积物理量计算” 点击后面的“+”，计算下列物理量。

4）兴趣点结果提取

点击菜单栏中的“结果配置”前的“+”，设置“兴趣点结果提取”，点击后面的“+”，计算“点1”的“温度”和“点2”的“热通量”。

5）计算工程

设置好需要输出的物理量之后，就可以点击“仿真计算”，开始计算，直至提示成功即可。操作如下图所示：

步骤十二：结果展示

1）物理场

热通量云图

温度云图

2）表面物理量计算

3）体积物理量计算

4）兴趣点结果提取