一、簡介

? ? ? ? 運(yùn)用數(shù)值方法解決工程問題已經(jīng)被各行各業(yè)廣泛應(yīng)用。在進(jìn)行熱和流體數(shù)值仿真耦合分析時(shí)，首先需要將實(shí)際問題提煉為熱和流體力學(xué)問題，其次結(jié)合Simdroid對該熱和流體耦合問題進(jìn)行仿真求解，最后結(jié)合得到的數(shù)值結(jié)果反向了解問題和解決問題。在這個(gè)過程中，如何高效地運(yùn)用仿真工具，將熱和流體耦合問題對應(yīng)的仿真模型合理地建立起來并求解出來，對指導(dǎo)工程問題的解決至關(guān)重要。

? ? ? ? 水杯散熱是非常經(jīng)典的熱和流體耦合問題，空氣作為流體，水杯作為熱源，我們可以通過建立一個(gè)水杯和空氣模型，模擬水杯周圍的流體速度和溫度情況，從而得到結(jié)果；同時(shí)我們可以調(diào)節(jié)溫度和水杯的尺寸來研究不同的情況。接下來就我使用Simdroid建立水杯和空氣模型進(jìn)行熱和流體耦合分析的經(jīng)驗(yàn)，做如下分享。

二、模型

? ? ? ?建立一個(gè)正方形空氣域和一個(gè)杯子模型，空氣包裹著水杯，注意空氣域需要減去水杯部分。

三、材料屬性設(shè)置

? ? ? 杯子的材料使用“創(chuàng)建材料”，可以自由選擇需要的物理參數(shù)，空氣采用理想氣體，可以直接使用“從庫添加”，具體如下：

四、網(wǎng)格剖分

? ? ? ?建立兩個(gè)網(wǎng)格域，一個(gè)是氣體網(wǎng)格域，一個(gè)是固體網(wǎng)格域。空氣模型是氣體網(wǎng)格域，水杯是固體網(wǎng)格域。

（1）氣體網(wǎng)格域

? ? ? ?對氣體模型進(jìn)行邊界條件命名，外圍墻體命名wall，與水杯接觸的面是interface。將interface的面使用“面控制”進(jìn)行加密，然后執(zhí)行非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃分，這樣的網(wǎng)格更有利于捕捉水杯周圍的流場細(xì)節(jié)。

（2）水杯網(wǎng)格域

? ? ? ?部分面使用“面控制”加密，然后單體剖分。其剖分結(jié)果如圖：

五、多場分析

（1）瞬態(tài)單相分析

1.流動分析

? ? ? ?創(chuàng)建流動分析，選擇瞬態(tài)單相流分析。

? ? ? ?邊界條件設(shè)置：wall面是無滑移和絕熱，interface面是無滑移，熱類型選擇“混合”，參考值給定298K(常溫)。

? ? ? ?初始場的設(shè)置：壓力是101325Pa，溫度298K。

? ? ? ?操作條件設(shè)置：給其-9.8m/s^2的重力加速度，這樣流體內(nèi)有溫度差時(shí)，就可以通過重力驅(qū)動產(chǎn)生流動。

? ? ? ?計(jì)算控制設(shè)置如下：

? ? ? ?耦合邊界：選擇interface面。

2.熱分析（固體分析）

? ? ? ?水杯初始溫度373K。

? ? ? ?耦合邊界：選擇與空氣接觸的面。

? ? ? ?瞬態(tài)分析設(shè)置（與流體分析一致）：

3.耦合設(shè)置

? ? ? ?添加耦合求解域，默認(rèn)“同步求解”，如圖所示：

? ? ? ?時(shí)間步0.01s,最大時(shí)間1s（與流體分析一致）。

（2）穩(wěn)態(tài)單相分析

? ? ? ? 與瞬態(tài)單相分析的操作流程差不多，不過穩(wěn)態(tài)仿真與時(shí)間項(xiàng)無關(guān)，所以需要設(shè)置計(jì)算迭代步數(shù)，也要注意耦合步設(shè)置與流體分析一致。

六、結(jié)果展示

（1）瞬態(tài)結(jié)果展示

? ? ? ? ?速度切片：

? ? ? ? 溫度切片：

（2）穩(wěn)態(tài)結(jié)果展示

? ? ? ?通過Simdroid進(jìn)行瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)分析，了解水杯周圍的空氣流動速度和溫度分布及流線情況，可以看到水杯周圍的氣體由于溫度提高，在重力驅(qū)動下產(chǎn)生了向上的流動。

七、結(jié)論

? ? ? ? Simdroid軟件能夠?qū)崿F(xiàn)熱和流體耦合仿真，并且可以通過改變水杯的材料、溫度以及尺寸來模擬不同情況下仿真，為水杯的設(shè)計(jì)提供非常大的幫助，有利于水杯實(shí)現(xiàn)低成本、短周期的研發(fā)目標(biāo)，這對提升產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)能力和市場競爭力具有重要意義。

八、心得體會

? ? ? ? 在學(xué)習(xí)和制作APP過程中，我體會最深的一點(diǎn)：除了尋求有經(jīng)驗(yàn)的老師的技術(shù)指導(dǎo)外，一定要重視使用軟件的學(xué)習(xí)中心、開發(fā)者專欄以及問題與解答功能，這也是我剛學(xué)習(xí)Simdroid時(shí)遇到困難的解決方法。

? ? ? ? 本次完成熱和流體耦合模擬的過程中，遇到了很多的問題，有的是詢問老師幫忙，有的是看Simapps網(wǎng)站上的視頻，在這里感謝云道智造老師們的支持。經(jīng)歷過這次熱和流體耦合案例制作后，我對Simdroid軟件的了解更加的深入，特別在熱和流體耦合領(lǐng)域，對我接下來App的制作有很大幫助。

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Simdroid試用

? ? ? ?Simdroid是由北京云道智造科技有限公司開發(fā)的基于“仿真平臺+仿真APP”模式的通用多物理場仿真平臺。該平臺具備自主可控的結(jié)構(gòu)、電磁、流體和熱四大物理場求解器和多物理場仿真內(nèi)核，在統(tǒng)一友好的環(huán)境中為仿真工作者提供了前處理、求解分析和后處理工具，同時(shí)其內(nèi)置的APP開發(fā)器支持用戶以無代碼化開發(fā)的方式便捷封裝全參數(shù)化仿真模型及仿真流程，將仿真知識、專家經(jīng)驗(yàn)轉(zhuǎn)化為可復(fù)用的仿真APP，實(shí)現(xiàn)知識變現(xiàn)。仿真APP通過APP商店Simapps 實(shí)現(xiàn)在線展示、交易，用戶通過云端快速、便捷、低成本使用各類工業(yè)APP，真正實(shí)現(xiàn)普惠仿真的愿景。Simdroid 已經(jīng)在電力、家電、生物醫(yī)療、電子信息、航空航天等行業(yè)領(lǐng)域得到了廣泛的工程化應(yīng)用。

? ? ? ?軟件試用詳細(xì)信息可在瀏覽器網(wǎng)址欄中輸入地址查看：