fluent传热模拟

FLUENT第十一章中文帮助[e-mail]-1-译文说明本文依据FLUENT6.0的HELP文件翻译而成。事先并未征得原文版权所有者FLUENT公司或其在中国代理人海基公司的同意。本文的写作目的仅在于为在教育与科研领域从事研究工作的人员提供参考与帮助，无意于将其用于商业目的。对本文在教育与科研领域的转移、存储、复制，本文作者不提供基于任何商业目的或有损于原文版权所有者的利益、形象等权益的帮助或便利。对出于研究与教学目的人员或机构，中文翻译者愿意并尽其可能的提供帮助、商议或回应其它形式的要求。一旦原文（英文）版权所有者对中文译文的发布提出异议并明确通知译文作者，同时援引有效、适用的法律、法规条款，译文作者愿意立刻终止其为本文的发布、传播而所做出的一切形式努力。注：本文以ADOBE公司的PDF格式发布。如需要相应中文WORD格式文档，请发邮件到[e-mail]第十一章中文帮助[e-mail]传热模拟11.1OverviewofHeatTransferModelsinFLUENTFLUENT中的传热模型概述11.2ConvectiveandConductiveHeatTransfer导热与对流换热o11.2.1Theory理论o11.2.2UserInputsforHeatTransfer有关传热的用户输入项o11.2.3SolutionProcessforHeatTransfer传热计算的求解过程o11.2.4ReportingandDisplayingHeatTransferQuantities传热变量的输出与显示o11.2.5ExportingHeatFluxData热流数据的输出11.3RadiativeHeatTransfer辐射传热o11.3.1IntroductiontoRadiativeHeatTransfer辐射传热简介o11.3.2ChoosingaRadiationModel选择辐射模型o11.3.3TheDiscreteTransferRadiationModel(DTRM)离散传播辐射模型o11.3.4TheP-1RadiationModelP-1辐射模型o11.3.5TheRosselandRadiationModelRosseland辐射模型o11.3.6TheDiscreteOrdinates(DO)RadiationModel离散坐标辐射模型o11.3.7TheSurface-to-Surface(S2S)RadiationModel多表面辐射传热模型o11.3.8RadiationinCombustingFlows燃烧过程的辐射o11.3.9OverviewofUsingtheRadiationModels辐射模型使用概览o11.3.10SelectingtheRadiationModel辐射模型的选择o11.3.11DefiningtheRayTracingfortheDTRM离散传播模型的跟踪射线的定义o11.3.12ComputingorReadingtheViewFactorsfortheS2SModel表面辐射模型中角系数的计算与数据读取o11.3.13DefiningtheAngularDiscretizationfortheDOModelDO辐射模型离散角的定义o11.3.14DefiningNon-GrayRadiationfortheDOModel离散坐标辐射模型中的非灰体辐射o11.3.15DefiningMaterialPropertiesforRadiation有关辐射性能的材料属性定义o11.3.16SettingRadiationBoundaryConditions辐射边界条件设定o11.3.17SettingSolutionParametersforRadiation辐射计算参数的设定o11.3.18SolvingtheProblem问题求解过程o11.3.19ReportingandDisplayingRadiationQuantities辐射变量的和输出与显示o11.3.20DisplayingRaysandClustersfortheDTRMDTRM表面束和射线显示11.4PeriodicHeatTransfer周期性传热问题o11.4.1OverviewandLimitations概述与适用范围FLUENT第十一章中文帮助[e-mail]-3-o11.4.2Theory理论o11.4.3ModelingPeriodicHeatTransfer周期性传热问题的模拟o11.4.4SolutionStrategiesforPeriodicHeatTransfer周期性传热问题求解策略o11.4.5MonitoringConvergence监视收敛o11.4.6PostprocessingforPeriodicHeatTransfer周期性传热问题的后处理11.5Buoyancy-DrivenFlows浮力驱动流动o11.5.1Theory理论o11.5.2ModelingNaturalConvectioninaClosedDomain封闭区域内自然对流的模拟o11.5.3TheBoussinesqModelBoussinesq模型o11.5.4UserInputsforBuoyancy-DrivenFlows浮力驱动流动的用户输入o11.5.5SolutionStrategiesforBuoyancy-DrivenFlows浮力驱动流动的求解策略o11.5.6PostprocessingforBuoyancy-DrivenFlows浮力驱动流动的后处理FLUENT第十一章中文帮助[e-mail]-4-11.1FLUENT中的传热模型概述占据一定体积的物质所据有的热能从一处转移到另一处，这种现象称为传热。引发传热的原因有三种：导热、对流传热、辐射传热。只涉及热传导或／和对流的传热过程是最简单的情况，而涉及到浮力驱动流动或者自然对流、辐射的传热过程却比较复杂。依据问题的不同，FLUENT求解不同的能量方程以考虑用户设定的传热模型。FLUENT也可以预报出具有周期对称性几何结构所对应的周期性传热，这样就可以大大减少计算量。FLUENT第十一章中文帮助[e-mail]-5-11.2导热与对流换热FLUENT允许用户在其模型中包含有流体与／和固体的传热求解。从流体热混合到固体的热传导可以在FLUENT中应用这一节所介绍的模型和用户输入项进行耦合求解。11.3节介绍辐射传热模型、11.5节介绍自然对流。11.2.1Theory11.2.2UserInputsforHeatTransfer11.2.3SolutionProcessforHeatTransfer11.2.4ReportingandDisplayingHeatTransferQuantities11.2.5ExportingHeatFluxData11.2.1理论能量方程FLUENT求解如下的能量方程：effeffjjhEvEpkThJvSt（11.2.1）其中，effk为有效导热率（effkk，其中，fk为湍流引致的导热率，由模型中使用的湍流模型确定）。jJ为组分j的扩散通量。方程11.2-1右边的前三项分别表示由于热传导、组分扩散、粘性耗散而引起的能量转移。hS包含化学反应放（吸）热以及任何其它的由用户定义的体积热源。方程11.2-1中：22pvEh（11.2.2）其中，显焓h的定义（对理想气体）为：jjjhYh（11.2.3）对不可压流体：jjjphYh（11.2.4）方程11.2-3、11.2-4中，jY为组分j的质量分数：,refTjpjThcdT其中refT为298.15K。非预混燃烧模型的能量方程：当激活非绝热、非预混燃烧模型时，FLUENT求解以总焓表示的能量方程：FLUENT第十一章中文帮助[e-mail]-6-thpkHvHHSc（11.2.6）上式假定刘易斯数（Le）＝1，方程右边的第一项包含热传导与组分扩散，粘性耗散作为非守恒形式被包含在第二项中。总焓的定义为：jjjHYH其中，jY为组分j的质量分数：,0,,refjTjpjjrefjTHcdThT（11.2.8）0,jrefjhT为组分j处于参考温度,refjT的生成焓。考虑压力做功以及动能方程11.2-1包含有在不可压流动中经常被忽略的压力做功和动能。因此，在缺省情况下，分离式求解器在计算不可压流体时，不考虑压力做功和动能的影响。如果用户希望考虑这两个因素，可以使用define/models/energy?命令行激活这两个影响因素。在处理可压缩流动或使用任何耦合式求解器时，总是考虑压力做功和动能。考虑粘性耗散方程11.2-1和11.2-6包含有粘性耗散项，它表示了由于流动过程中粘性剪切作用而产生的热量。在使用分离式求解器时，FLUENT的缺省能量方程不包含这一项（因为一般灰忽略粘性产生的热量）。当Brinkman数，Br，接近或大于1时，流体粘性生成的热量不可忽视：2eUBrkT（11.2.9）其中，T为计算区域内的温差。当用户的问题需要考虑粘性耗散项，并且使用的是分离式求解器时，用户应该在ViscousModelpanel面板中使用ViscousHeating选项激活此项。对于一般的可压缩流动，1Br。需要注意的是，如果用户已经定义了可压缩流动，但使用了分离式求解器，FLUENT不会自动激活粘性耗散选项。对于任一种耦合式求解器，在求解能量方程时，粘性耗散项总是被考虑进去。考虑组分扩散项：由于组分扩散的作用，方程11.2-1、11.2-6均包含有焓的输运。当使用分离式求解器时，此项：jjjhJ在缺省情况下被包含在方程11.2-1中。若用户希望禁止此项，可以使用SpeciesModelpanel.面板中的DiffusionEnergySource选项来屏蔽。在使用非绝热、非预混燃烧模型时，因为方程11.2-6中的第一项中已经包含了这一项，所以它不会显式的包含在方程中。使用耦合式求解器时，这一项总是被包含在能量方程中。化学反应引起的传热源项FLUENT第十一章中文帮助[e-mail]-7-方程11.2-1中的能量源项包含化学反应带来的热量；,0,,refjTjhrxnpjjTjjhSjcdTM（11.2.10）其中，0jh为组分j的生成焓，j为组分j的体积释热率。对于非绝热、非预混燃烧模型的能量方程（方程11.2-6），由于组分生成热已经被包含在焓的定义之中（请参阅方程11.2-6），所以，能量的反应源项不包含在源项hS之中。辐射引起的能量源项一旦使用了某种辐射模型，方程11.2-1、11.2-6中的源项hS也包含有辐射源项。细节请参阅11.3节。相间能量交换源项需要指出的是，能量源项hS中也包含连续相与离散相之间的热量交换。进一步的讨论请参阅19.5节。壁面传热边界条件壁面传热边界条件在10.8.2节介绍。固体计算域的能量方程在固体区域，FLUENT使用的能量方程形式如下：hhvhkTSt（11.2.11）其中：密度refTpThcdT显焓，k导热率T温度hS体积热源方程11.2-11左边第二项表示固体由于旋转或平移而引起的对流传热。速度v由用户对固体区域的运动属性的设定而计算得到（请参阅6.18节）。方程11.2-11右边两项分别表示传导引起的热流以及固体内部的体积热源。固体内各向异性热传导当使用分离式求解器