Simcenter STAR-CCM+ 创建圆柱坐标系的切平面(Section Plane)

2023-01-18T07:17:10.000-0500
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摘要

圆柱坐标系经常应用于旋转运动模拟,例如汽车行业车轮运动,冷却风扇,航天航空喷射发动机,船舶产业推进系统螺桨等。零部件以圆柱形状建模,如新能源产业圆柱电芯。我们要分析上述热流仿真,除了使用卡氏坐标分析流场结果外,使用圆柱坐标系是另一种结果呈现方式。本报告整理针对圆柱坐标系切面与卡氏坐标切面设定差异,需要注意的地方,截图并说明。


详细信息

1. 背景:圆柱坐标系切面与卡氏坐标切面设定有差异。首先它的设定不像卡氏坐标它的法向只关注一个轴向同时需要搭配在衍生零部件切面功能。

2. Solution
本案例是模拟固体传热,圆柱的半径0.2 m, 高度0.2 m。在圆柱底部与侧边有发热热源,分别是半径0.02 m 的圆面,温度都是400 K。在圆柱面散热采用对流换热,环温为300 K与换热系数5 W/m^2-K
本说明先从熟悉的卡氏坐标系切面说明,再延伸到圆柱坐标系切面。

(Case 1)卡氏坐标系切面

(1) 为便利观察与结果说明,需要在视图创建坐标系,创建设定参考Fig 1。在视图结果如Fig 2。热源初始状态温度分布如Fig 3
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Fig 1
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Fig 2
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Fig 3
(2) 创建切面:使用衍生零部件切面功能(Fig 4),选择平面(Plane)
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Fig 4
(3) 切面通过原点 [0,0,0] 切面法线方向 [1, 0, 0] 设定如Fig 5,模拟收敛结果如Fig 6。温度场分布结果在底面与右侧为高温。热流由高温往低温扩散。

Fig 5

Fig 6
(4) Y 切面通过原点 [0,0,0] 切面法线方向 [0, 1, 0] 结果如Fig 7。温度场分布结果在底部为高温,左右侧呈现对称分布。
Fig 7
(5) Z 切面通过原点 [0,0,0] 切面法线方向 [0, 0,1]结果如Fig 8。温度场结果左右侧呈现对称分布。
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Fig 8
(Case 2) 圆柱坐标系切面
(1) 首先需要在视图创建圆柱坐标系,创建设定参考Fig 9
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Fig 9
(2) 创建Radius 切面: 使用衍生零部件切面功能,选择圆柱面(Cylinder) (Fig 10)。此圆柱面主轴法线平行圆柱坐标Z方向 (0,0,1),圆柱面半径0.05 m (Fig 11)。结果如Fig 12
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Fig 10
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Fig 11
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Fig 12
(3) 创建Theta 切面: 使用衍生零部件切面功能,选择平面(Plane)。通过原点 [0,0,0] 切面法线方向 [1, 45 , 0]m, deg, m (Fig 13)。结果如Fig 14。软件默认角度单位是径度(Radian),用deg 为单位,输入设定比较直观。切平面45 度,表示与圆柱坐标系偏转45 deg。温度场结果显示底部有较高温接近热源,此区温度较高。温度场分布结果显示热流由高温往低温扩散,受到底面与右侧为热源温差驱动。
Fig 13
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Fig 14
(4) 创建Z 切面: 使用衍生零部件切面功能,选择平面(Plane)。通过原点 [0,0,0] 切面法线方向 [0,0,1]。结果如Fig 15。温度场结果显示与卡氏坐标相同,左右侧成对称分布。
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Fig 15
3. Summary:
(1) 本报告以固体传热为案例,介绍与图示说明使用圆柱坐标系切面设定的方法。在其他应用: 如风扇旋转运动模拟都可以适用。
(2) 结合圆柱坐标系切面与卡氏坐标切面功能可以分析获得热流场结果。
(3) 本案例截图是用2021.1 (16.02)展示,在不同软件版本图示与说明会存在微小差异。
 

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