COMSOL——水杯中的自然对流问题_水杯多物理场仿真问题描述-CSDN博客

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COMSOL——水杯中的自然对流问题_水杯多物理场仿真问题描述-CSDN博客

  本次演示主要是通过“非等温对流”接口来模拟一杯冷水在加热到室温的过程中产生的自然对流与传热,旨在相互交流与学习。

  条件:玻璃杯最初和水都是5℃,然后将这杯水放在室温为25℃的房间的桌子上。

  模块:传热模块

  我们在使用COMSOL时首要的就是选择维度问题,为了简化问题,这里打算使用二维模型的旋转对称。因此研究维度选择二维轴对称。

  这个问题中涉及到流体流动,以及传热。水的温度不是均匀的,这里选择非等温流动接口。

  这里由于我们想观测水如何流动以及温度如何变化,因此选择瞬态研究类型。

  首先建立全局参数列表,分别按照下图操作,点击全部创建:

  建立好之后如下图:

  本问题中,涉及到的材料有杯壁的石英玻璃,以及水,材料都可以在COMSOL内置材料库中直接提取调用,水材料选择面积小的几何(即杯子内部):

  1)层流SPF:

  将流量设为不可压缩来确保质量守恒,然后锁定封闭腔体中的压力以获得适定模型。 使用布辛涅斯克近似来包含浮力。

  在层流中选择域选择水,然后选择物理模型→不可压缩,并且选中包含重力;之后指定参考位置以及离散化,如下图所示:

  (离散化选择P2+P1是为了给出速度场的二次单元) 2)压力点约束 1

  选择水壁右上角点,也就是点6

  3)添加液体上壁

  4)设置非等温流动

  5)流体传热

  初始值:设置初始温度,设置为278.15K,也就是5摄氏度

  设置固体:

  设置温度:在上端域中选择温度接口,并按照下图所示操作

  设置热通量1:

  设置热通量2:对于层流,当瑞利数小于 10^4 时,经传导传递的热量远多于对流损耗。因此,将传 热系数设为 2 W/(m2·K),这对应于玻璃杯上方飘浮的温度为 298.15 K 的一小层空气 内的热阻。

  至此,传热设置完毕。

  使用物理场控制网格来获取水 - 玻璃杯界面处的边界层,网格大小选择细化,全部构建。

  由于是瞬态研究,设置一下计算的时间参数,然后就可以计算了。

  这里设置容差为用户控制,其中存在大量二次流效应,因此需要减小容差。

  直接创建一个面绘图,参数选择物理场中的速度,即可得到二维图中水的速度分布。

  生成二维温度图:首先在主屏幕工具栏中选择二维绘图组,然后选择表面,如下图:

  同理可得二维速度流线图:下图为30s时

  也可以生成三维图:

  以上就是对于本次的案例演示,仅供学习交流。

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