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FLUID116

FLUID116单元描述

FLUID116是可以在两个节点间进行热传导和流体传输的三维单元。

其热流量取决于流体的传导和质量流速。

当有对流存在时，可以定义额外的节点和对流面积，或由SURF151andSURF152生成表面单元。

不论是哪种情况,膜层散热系数都与流体的流速有关。

此单元可以有两种自由度：

温度、压力.

该单元可以用在稳态和瞬态分析中。

如果模型中包含此单元，并且用于结构分析，则必须用相应的结构单元替换此单元。

详细叙述见ANSYS,Inc.TheoryReferencef.中的FLUID116。

FLUID116输入数据

单元的几何形状，节点位置和坐标系如上图所示。

该单元由2个主节点定义，如果有对流存在需要额外定义2个节点。

由2个主节点的位置决定了单元的长度L。

输入属性DENS的值将作为流体密度ρ，如果实常数Rgas给定，ρ也可以根据理想气体定律（idealgaslaw）来计算。

如果KEYOPT

（2）=2,3,or4,对流系数hfw/（m2*c）由输入的KEYOPT（4）决定.如果KEYOPT

（2）=1,对流表面（用FLUID116速率）和其它信息被保存，并且能够被SURF151或SURF152单元使用，可以由用户通过USRSURF116来指定并可以指定膜层散热系数和体温度为速度或其他参数的函数。

输入数据的具体描述见Table116.2:

"FLUID116EmpiricalDataTable（Optional）".导热系数kxx（W/m℃）由属性KXX指定.比热cp由（J/Kg℃）属性C指定.流体粘性μ由属性VISC指定.

如果节点I处为流入口或流出口,需要指定KEYOPT

（2）=3，如果节点J为流入口或流出口,需要指定KEYOPT

（2）=4.所有管上的单元必须指定相同的KEYOPT.对于网络的FULID116，KEYOPT

（2）的取值影响并不明显，而详细的温度分布是很重要的,对于小单元可以指定KEYOPT

（2）=2来得到精度相对更高的网格划分.KEYOPT

（2）=3和4可以通过调节对流面积来改变（实常数7and8）,然而这样做并不方便.

摩擦系数（即输入的MU属性）为Moody摩擦因子的起始值（f）.在第一次迭代时，摩擦因子的值为MU.光滑管经验相关值是一个关于Reynoldsnumber（Re）的函数，它的取值由流体是层流还是湍流（Re>2500）来决定。

如果提供摩擦数据表（TB,FCON）,则每个子步中的摩擦因子会从表中验算而得（如果有需要会使用线性插值）.关于该表的详细描述见Table116.2:

"FLUID116EmpiricalDataTable（Optional）".

关键字PRES（或TEMP）应该在命令D的LAB相应位置输入，其值在VALUE相应位置输入。

如果节点热流率由E命令定义,则应该在LAB的相应位置输入关键字HEAT（或FLOW），在VALUE的相应位置输入其值.如果温度是唯一的自由度,（KEYOPT

（1）=1）,用SFE,,,HFLUX命令替代F命令以质量/时间的单位制输入流速.流体的重力效果由非0的加速度或旋转矢量激活[用ACELand/orOMEGA命令].

当要用到转动速度和滑动系数时（实常数7-10定义在Table116.1:

"FLUID116ElementRealConstants"）,你可以指定是依据经验公式或由表格输入.如果指定为表格输入，把表名放在%中（例如,%表名%）.如果要用表格输入转动速度，实常数7和8都应该有相同的表名或不指定实常数8.与之类似,如果要用表格输入滑动系数,实常数7和10都应该有相同的表名或不指定实常数10.转动速度和滑动系数都可以随时间和位置而改变。

如果用到了表格式的实常数，则需要对FLUID116网络中的每个节点都指定一个表名.为了得到正确的结果，对于任意节点，不同单元的表名必须一样。

查看ANSYSThermalAnalysisGuide中的Steady-StateThermalAnalysis可以得到表格输入的更多信息。

单元载荷定义在NodeandElementLoads中.单元体载荷可以作为生热速率加在节点上.默认情况下，节点J的生热速率HG（J）与节点I的HG（I）相等.

KEYOPT（8）用来指定流速损失（见Table116.1:

"FLUID116ElementRealConstants"）.管中的由于弯曲、结合等所造成的动量损失可以由等效摩擦长度来L表示。

这种等效摩擦长度必须直接输入，或以常数K、D、f计算得到。

该单元的输入摘要见"FLUID116InputSummary".关于单元输入的一般描述见ElementInput.

FLUID116输入摘要

节点

I,JorI,J,K,L（见KEYOPT

（2））

自由度

PRES,TEMPifKEYOPT

（1）=0

TEMPifKEYOPT

（1）=1

PRESifKEYOPT

（1）=2

实常数

见表116.1

材料特性

KXX（导热系数）,C（比热）,DENS（密度）,MU（摩擦系数）,VISC,HF（对流系数）

表面载荷

见命令SFE，，，HFLUX

体载荷

HeatGenerations --

HG（I）,HG（J）

SpecialFeatures

Nonlinear（非线性）

KEYOPT

（1）

指定自由度:

0 --

自由度为PRES和TEMP

1 --

自由度为TEMP

2 --

自由度为PRES

KEYOPT

（2）（只有当KEYOPT

（1）取0或1时才有效）

0 --

2个节点，没有对流面及对流信息

1 --

2个节点，对流信息传给SURF151/SURF152

2 --

4个节点，此单元含有面对流逻辑，并且对流区域由节点I和J共享

3 --

4个节点，此单元含有面对流逻辑，并且对流区域只在节点I

4 --

4个节点，此单元含有面对流逻辑，并且对流区域只在节点J

KEYOPT（4）（只有当KEYOPT

（2）=2,3,或4时才有效）

膜层散热系数（hf）定义：

0 --

用MP,HF

1 --

用9到12实常数（见Table116.1:

"FLUID116ElementRealConstants"）

2 --

用TB,HFLM定义，认为hf是温度和平均速率的函数

3 --

用TB,HFLM定义，认为hf是温度和Reynold'snumber的函数

4 --

用TB,HFLM定义，认为Nu是温度和Reynold'snumber的函数（hf=Kxx*Nu/diam）

5 --

用User116Hf

KEYOPT（5）（只有当KEYOPT（4）=0,2,3,4,或5时才有效）

估计膜层散热系数:

0 --

流体平均温度（TI+TJ）/2

1 --

平均壁温度（TK+TL）/2

2 --

平均膜层温度（TI+TJ+TK+TL）/4

3 --

温度导数（TI+TJ）/2-（TK+TL）/2

KEYOPT（6）（只有当KEYOPT

（1）=0或2时才有效）

流体传导系数定义：

0 --

用传导公式

1 --

用实常数C

2 --

用TB,认为FCON是温度和平均速率的函数

3 --

用TB,认为FCON是温度和Reynold'snumber的函数

4 --

用User116Cond

KEYOPT（7）（只有当KEYOPT（6）=0时才有效）

摩擦因子计算:

0 --

用光滑导管的经验相关性

1 --

用MP,MU

2 --

用TB,FCON认为摩擦因子是温度和平均速率的函数

3 --

UseTB,FCON认为摩擦因子是温度和Reynold'snumber的函数

KEYOPT（8）（只有当KEYOPT（6）=0时才有效）

流速损失定义:

0 --

用La作为附加长度

1 --

用K作为损失系数

Table 116.1 FLUID116实常数

（Givenintheorderrequiredforinputintherealconstanttable）

序号.

名称

定义

单位

水压直径

长度

流体横截面积.

长度2

流量频道序号（默认为1）.如果大于1,实常数和单元输出会基于每一个频道.

4-6

本版本未定义

（An）I

当KEYOPT

（2）=1,节点I上的角速度.

当KEYOPT

（2）=2,3,or4,节点I、K间为对流区域。

当KEYOPT

（2）=2，默认值为πDL/2

当KEYOPT

（2）=3，默认值为πDL

这里

L为单元长度

长度2

（An）J

当KEYOPT

（2）=1,节点J上的角速度.默认情况下为节点I.上的角速度

当KEYOPT

（2）=2,3,or4,节点J、L间为对流区域。

当KEYOPT

（2）=2，默认值为πDL/2

当KEYOPT

（2）=4，默认值为πDL

长度2

SLIPFAI

IfKEYOPT

（2）=1,节点I处的滑动系数.

SLIPFAJ

IfKEYOPT

（2）=1,节点J处的滑动系数.默认值为节点I处的滑动系数.

9-12

N1,N2,N3,N4

（如果KEYOPT（4）=1及KEYOPT

（2）=2,3,或4）

Nu=N1+N2ReN3PrN4

这里:

Re=Reynoldsnumber（WD/ µA）

Pr=Prandtlnumber （Cpμ/KXX）

Cp=比热

例如,对于有湍流的光滑管，其Dittus-Boelter相关系数可以指定为N1=0.0,N2=0.023,N3=0.8,andN4=0.4（heating）.

泵压

力/长度2

用来计算C的公式为：

（此公式见对应的帮助文档）

Δp=pressuredrop

如果KEYOPT（6）=1,用传导系数来计算流速因此,（此公式见对应的帮助文档）

如果KEYOPT（6）=0,并且KEYOPT（8）=0,用导管的附加长度来计算流速损失。

因此,（此公式见对应的帮助文档）

其中，

ρ=DENS

F=摩擦因子

如果KEYOPT（6）=0andKEYOPT（8）=1,K为损失系数.则,（此公式见对应的帮助文档）

15-18

此版本中未定义

Rgas

理想气体定律中的气体常数（ρ=p/（RgasTabs））,这里Tabs是绝对温度、p为平均气压.如果为0,用ρ作为DENS的材料属性

长度2/度*时间2

VDF

粘性阻尼累加器.默认值为0.0

Cver

粘性阻尼的单位转换因子.默认为1.0Qv=VDFCverFπVISC（VELOC）2L=viscousheatingforelement,这里F对于层流取8.0，对于湍流取0.21420

注意：

实常数7到12以及20到21a只有当KEYOPT

（1）为0或1时才有效，实常数13到19只有当KEYOPT

（1）为0或2时才有效.

Table116.2:

"FLUID116EmpiricalDataTable（Optional）"中的数据由命令TB输入到数据表中。

曲线图表由TB命令初始化.第一个曲线图的温度由TBTEMP命令指定.常数（X,Y）由命令TBPT指定（twopercommand）.

Table 116.2 FLUID116EmpiricalDataTable（Optional）

常数

含义

FilmCoefficient膜层散热系数表由TB,HFLM命令初始化.TheTBPTdataare:

速率（长度/时间）

膜层散热系数（Heat/（time*area*temp）速率可以由Reynold'snumber代替,而膜层散热系数可以由Nusseltnumber代替,这取决于KEYOPT（4）的取值.

FluidConductance/FrictionFactor流体传导系数和摩擦因子由命TB,FCON定义.TheTBPTdataare:

速率（长度/时间）