STAR-CCM+：同心圆柱腔内自然对流传热案例

STAR-CCM+是CD-adapco公司推出的CFD集成化平台，可对真实条件下工作的产品和设计进行流体、固体的相关仿真。自然对流传热，指不依靠外力推动，由流体自身温度场的不均匀所引起的流动，参与换热的流体由于各部分温度不均匀而形成密度差，从而在重力场或其他力场中产生浮升力所引起的对流传热现象。模型描述：仿真无限长同心圆柱腔内的自然对流传热。

工具/原料

STAR-CCM+ 12.02.010

模型导入

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。

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。

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

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

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

2、Heat Balance曲线。

4、流速场云图。

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。

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。

当量热导率系数

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。

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。