STAR-CCM+：同心圆柱腔内自然对流传热案例

1、双击桌面图标启动STAR-CCM+ 12.02.010程序，新建一个simulation，选择Parallel on Local Host，Compute Processes设为2，点击OK。

2、点击File > Import > Import Volume Mesh，导入软件help自带的startutorialsdata文件夹里的concylMesh.ccm，保存命名conCyl.sim。由于模型对称，所以采用半圆柱腔进行仿真，中心截面设为对称边界。

1、双击Continua > Physics 1> Models设置流体属性。

2、点击Continua > Physics 1 > Models > Gas > Air，将Dynamic Viscosity设为1.846e-5 Pa·s，Specific Heat设为1007 J/kg·k，Thermal Conductivity设为0.0263 W/m·K。

3、点击Continua > Physics 1 > Reference Values，将Gravity设为[0.0, -9.81] m/s^2，Reference Density设为1.1614 kg/m^3，Reference Pressure设为100000 Pa。

4、点击Continua > Physics 1 > Initial Conditions > Static Temperature，初始温度设为300 K。

1、点击Regions > ConvectionCylinders > Boundaries > Inner Wall > Physics Conditions，设置Thermal Specification条件为Temperature。随后将Inner Wall > Physics Values > Static Temperature设为306.3 K。

2、采用相同方法设置Outer Wall，Static Temperature设为293.7 K。

1、点击Solvers > Coupled Implicit，将Courant Number设为100。在耦合求解器中通常用Courant Number来调节计算的稳定性与收敛性。通常，Courant Number越大，收敛越快，但稳定性逐渐降低。

2、点击Stopping Criteria > Maximum Steps，设为300。

1、创建一个scalar scene监控温度。点击Scalar Scene 1 > Displayers > Scalar 1 > Scalar Field，Function设为Temperature。点击Scalar 1 > Contour Style选择Smooth Filled。

2、右键Scalar Scene 1 > Displayers，新建一个Vector监控流速。

3、右键Reports选择New Report > Heat Transfer，Parts选择Inner Wall。同理，再创建监测Outer Wall的Heat Transfer报告。

4、右键Reports选择New Report > Expression，重命名为Heat Balance，用来监测圆柱腔内外壁的热量平衡。右键Heat Balance选择Create Monitor and Plot from Report。

1、Ctrl+S保存文件，接着初始化，开始计算。

1、残差曲线。

2、Heat Balance曲线。

3、温度场云图。点击Scalar Scene 1 > Displayers > Scalar 1 > Color Bar，将Title Height设为0.04，Label Height设为0.035。

4、流速场云图。

1、将模型另存为conCyl_Copy.sim，点击菜单栏Solution > Clear Solution。

2、双击Continua > Physics 1> Models编辑流体属性，取消Gravity，保存sim文件，并重新提交计算。

3、计算完成后，同时打开conCyl.sim，双击显示Scalar Scene 1。分别在两个sim文件中，右键Scalar Scene 1，选择Linked View。

4、左键拖拽conCyl-Scalar Scene 1至窗口右侧，并列显示两次计算的温度和流速云图。显然，勾掉Gravity属性后，不再有由重力引起的浮升流动现象，空气不再流动，只在径向进行传热。

1、右键Reports选择New Report > Volume Average，重命名为k，Parts选择ConvectionCylinders，Field Function选择Thermal Conductivity。

2、右键Reports选择New Report > Expression，重命名为Qcond，在Definition处输入圆筒壁导热量公式。

3、定义等效导热率系数，右键Reports选择New Report > Expression，重命名为Keq，在Definition处输入计算公式。运行Keq，在Output处查看结果为2.55，这说明在考虑自然对流传热时，比单纯的热传导传递的热量多2.55倍，自然对流有强化散热的效果。