【用户分享】基于Simdroid 进行热和流体耦合分析
一、简介
运用数值方法解决工程问题已经被各行各业广泛应用。在进行热和流体数值仿真耦合分析时，首先需要将实际问题提炼为热和流体力学问题，其次结合Simdroid对该热和流体耦合问题进行仿真求解，最后结合得到的数值结果反向了解问题和解决问题。在这个过程中，如何高效地运用仿真工具，将热和流体耦合问题对应的仿真模型合理地建立起来并求解出来，对指导工程问题的解决至关重要。
水杯散热是非常经典的热和流体耦合问题，空气作为流体，水杯作为热源，我们可以通过建立一个水杯和空气模型，模拟水杯周围的流体速度和温度情况，从而得到结果；同时我们可以调节温度和水杯的尺寸来研究不同的情况。接下来就我使用Simdroid建立水杯和空气模型进行热和流体耦合分析的经验，做如下分享。
二、模型
建立一个正方形空气域和一个杯子模型，空气包裹着水杯，注意空气域需要减去水杯部分。
三、材料属性设置
杯子的材料使用“创建材料”，可以自由选择需要的物理参数，空气采用理想气体，可以直接使用“从库添加”，具体如下：
四、网格剖分
建立两个网格域，一个是气体网格域，一个是固体网格域。空气模型是气体网格域，水杯是固体网格域。
（1）气体网格域
对气体模型进行边界条件命名，外围墙体命名wall，与水杯接触的面是interface。将interface的面使用“面控制”进行加密，然后执行非结构网格划分，这样的网格更有利于捕捉水杯周围的流场细节。
（2）水杯网格域
部分面使用“面控制”加密，然后单体剖分。其剖分结果如图：
五、多场分析
（1）瞬态单相分析
1.流动分析
创建流动分析，选择瞬态单相流分析。
边界条件设置：wall面是无滑移和绝热，interface面是无滑移，热类型选择“混合”，参考值给定298K(常温)。
初始场的设置：压力是101325Pa，温度298K。
操作条件设置：给其-9.8m/s^2的重力加速度，这样流体内有温度差时，就可以通过重力驱动产生流动。
计算控制设置如下：
耦合边界：选择interface面。
2.热分析（固体分析）
水杯初始温度373K。
耦合边界：选择与空气接触的面。
瞬态分析设置（与流体分析一致）：
3.耦合设置
添加耦合求解域，默认“同步求解”，如图所示：
时间步0.01s,最大时间1s（与流体分析一致）。
（2）稳态单相分析
与瞬态单相分析的操作流程差不多，不过稳态仿真与时间项无关，所以需要设置计算迭代步数，也要注意耦合步设置与流体分析一致。
六、结果展示
（1）瞬态结果展示
速度切片：
温度切片：
（2）稳态结果展示
通过Simdroid进行瞬态和稳态分析，了解水杯周围的空气流动速度和温度分布及流线情况，可以看到水杯周围的气体由于温度提高，在重力驱动下产生了向上的流动。
七、结论
Simdroid软件能够实现热和流体耦合仿真，并且可以通过改变水杯的材料、温度以及尺寸来模拟不同情况下仿真，为水杯的设计提供非常大的帮助，有利于水杯实现低成本、短周期的研发目标，这对提升产品设计开发能力和市场竞争力具有重要意义。
八、心得体会
在学习和制作APP过程中，我体会最深的一点：除了寻求有经验的老师的技术指导外，一定要重视使用软件的学习中心、开发者专栏以及问题与解答功能，这也是我刚学习Simdroid时遇到困难的解决方法。
本次完成热和流体耦合模拟的过程中，遇到了很多的问题，有的是询问老师帮忙，有的是看Simapps网站上的视频，在这里感谢云道智造老师们的支持。经历过这次热和流体耦合案例制作后，我对Simdroid软件的了解更加的深入，特别在热和流体耦合领域，对我接下来App的制作有很大帮助。
Simdroid试用
Simdroid是由北京云道智造科技有限公司开发的基于“仿真平台+仿真APP”模式的通用多物理场仿真平台。该平台具备自主可控的结构、电磁、流体和热四大物理场求解器和多物理场仿真内核，在统一友好的环境中为仿真工作者提供了前处理、求解分析和后处理工具，同时其内置的APP开发器支持用户以无代码化开发的方式便捷封装全参数化仿真模型及仿真流程，将仿真知识、专家经验转化为可复用的仿真APP，实现知识变现。仿真APP通过APP商店Simapps 实现在线展示、交易，用户通过云端快速、便捷、低成本使用各类工业APP，真正实现普惠仿真的愿景。Simdroid 已经在电力、家电、生物医疗、电子信息、航空航天等行业领域得到了广泛的工程化应用。
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