I-Deas TMG 培训资料 (16)

I-deas TMG - 对流

概述
在为管道流动网络创建单元后，需要为流体定义边界条件。
以下将学习：
1. TMG 流体流动的理论背景；
2. 如何创建风扇和压力边界条件；
3. 如何创建自由和受迫对流耦合；
4. 如何模拟流动阻力；
5. 如何为流体流动问题设置求解选项。

流体网络基础
1. TMG 的一维管道流动模型与热物理中的有限差分法类似：
* 质量流率 (Mass Flow) <-> 热流率 (Heat Flow)
* 流阻 (Fliud Resistance) <-> 热阻 (Thermal Resistance)
* 压力 (Pressure) <-> 温度 (Temperature)
2. TMG 分析必须的已知条件：
* 管道的长度
* 管道的横截面
* 流体的性质
3. TMG 创建两个模型：一个流体模型和一个固体模型，然后联立求解。

TMG 的模型

管道单元
质量流率 (Mass Flow)：
压力 (Pressure)： Ptotal = Pstatic + Pdynamic
Pdynamic = 1/2rv2
流体网络 (Fluid Network)：
Ptotali - Ptotalj = RESij * M
RESij 为从 i 到 j 的流阻。
流体网络中每个梁单元的中点为计算点
* 控制容积为单元长度乘以平均截面积
* 对每一个单元，质量时守恒的；
* 压力在网络中每个单元处计算。

受迫对流
I-deas TMG 为在流体网络和固体模型之间创建受迫对流耦合通过了工具：
1. 受迫对流耦合在模型与流体之间建立了一个通道；
2. 计算方法与热耦合类似；
3. TMG 自动为每一个流体单元计算传热系数。
创建受迫对流耦合的步骤：
1. 选择对流单元 (如壳单元)；
2. 选择流体单元 (具有 TMG 流体性质的梁单元)；
3. 选择经验关系式类型；
4. 完成受迫对流表单。

创建受迫对流实体

受迫对流耦合细节
1. 对流单元只能是壳体单元、梁单元 (截面积>0) 或集中质量 (集中质量的面积用负质量定义)；
2. 流体单元只能是具有 TMG 流体性质的梁单元；
3. 各种关系式的数值格式可在 TMG 用户指南中找到；
4. 利用强迫对流表单可以增加内置传热系数计算。

自然对流
与受迫对流相同，TMG 可以自动计算从固体模型到流体的自然对流换热系数。TMG 提供了两种模拟自然对流的方法：
1. 选择 Convect to Ambient (向环境对流) 选项，环境条件在 Ambient Condition 中指定；
2. 创建一个管道流动网络 (没有风扇)，利用它建立耦合。这种方法推荐在 “Chimney Effects” (烟筒效应) 问题中使用。

创建自然对流耦合
创建自然对流耦合的步骤是：
1. 选择 Free Convection (自然对流)；
2. 输入实体名，点击 Create；
3. 选择对流单元 (如壳体单元)；
4. 选择流体梁单元或 Convect to Ambient (向环境对流) 选项；
5. 选择对流关系式类型；
6. 完成自然对流设置表单。

设置自然对流参数

自然对流耦合细节
1. 对流单元只能是壳体单元、梁单元 (截面积>0) 或集中质量 (集中质量的面积用负质量定义)；
2. 流体单元只能是具有 TMG 流体性质的梁单元；
3. Characeristict Shape (特征形状) 定义对流传热的表面：
? 在管道流动网络已经定义的情况，选用 Convecting Elements (对流单元)；
? 但使用 Element Label (单元编号) 选项时，创建一个 “哑” (“dummy”) 单元。
4. 有关自然对流表单的所有细节，可以从在线帮助库中找到。

设置自然对流特性

设置环境条件
在向环境对流的情况下，需要设置环境条件：
1. 输入环境压力；
2. 输入环境温度；
3. 选择周围环境的材料；
4. 设置重力矢量。