对于耦合传热来说，热边界条件是由热量交换过程动态地加以决定而不能预先规定， 不能用常规的三类传热边界条件来概括。流体和固体边界上的热边界条件受到流体与壁面之间相互作用的制约 。这时无论界面上的温度是热流密度都应看成是计算结果的一部分，而不是已知条件 。

解决耦合问题的有效数值解法有顺序求解法和整场离散 、整场求解方法 。后者把不同区域中的热传递过程组合起来作为一个统一的换热过程来求解， 不同的区域采用通用控制方程，区别仅在于扩散系数及广义源项的不同。采用控制容积积分法来导出离散方程时，界面上的连续性条件原则上都能满足，省去了不同区域之间的反复迭代过程，使计算时间显著缩短，成为解决耦合传热问题的主导方法 。在流固耦合界面处，使用有限元软件提供的标准壁面函数法处理流动边界层和传热边界层。壁面函数法实际是一组半经验的公式，其基本思想是：对于湍流核心区的流动使用 k-ε模型求解， 而在壁面区不进行求解，直接使用半经验公式将壁面上的物理量与湍流核心区内的求解变量联系起来。这样，不需要对壁面区内的流动进行求解， 就可以直接得到与壁面相邻控制体积的节点变量值 。但是壁面函数法必须与高Re数 k-ε模型配合使用。

使用有限元软件进行仿真时，可根据所建立的仿真对象模型,设定不同零件各自的材料特性，流体的进出口边界及固体的外边界确定后直接施加在有限元模型上，并选定流固边界的计算条件———标准壁面函数法即可。

用数值仿真方法可以得到比试验测量更丰富的信息。虽然在流固耦合模型应用于数值仿真的初始阶段需要试验的验证，但是数值仿真依靠其数据丰富 、不受环境条件限制 、周期短 、成本低的优势，必将成为发展趋势 。

流固耦合传热紧耦合

Stokos、Hooper、Kazemi-Kamyab等开发了将流体及固体内所有物理过程进行瞬态紧耦合算法，能使计算结果与实验结果高度吻合。但是，该瞬态紧耦合计算需要消耗大量的计算资源，难以用于解决实际复杂工程问题。

根据问题的特征，有些研究者近似认为在计算时间内，某些参数的状态是不变的，进而直接将瞬态问题转化为稳态问题。对于绝大多说不能通过准稳态处理直接转化为稳态问题的瞬态问题，有些研究者主张保留耦合的非稳态特性，提出各部分分别进行瞬态求解,并通过边界条件、参数值及活动网格等方式进行实时信息交互的瞬态松耦合传热问题的求解。如 Bauman 和Kazemi-Kamyab等针对高超声速流中固体表面带辐射及烧蚀相变过程的流固耦合强制对流传热问题，提出将流体 Navier-Stokes 方程与固体导热、辐射及烧蚀相变过程分别进行瞬态求解，并利用流体数值计算结果对其他求解方程的边界温度和热流加以修正，直至迭代收敛。Lohner 等针对飞机气弹分析中带固体形变的流固耦合传热问题，将流体 Navier-Stokes 方程及固体导热和应变方程分别求解，并利用流体数值计算结果对其他求解方程的边界温度和热流加以修正，同时利用固体应变方程的计算结果修正流体耦合边界位置和速度边界条件，直至迭代收敛。

流固耦合传热松耦合

有些研究者提出了基于准稳态流场的松耦合算法，即近似认为在整个流固耦合传热过程中，流场处于若干个准稳态，每一个准稳态的流场都使用稳态 Navier-Stokes 方程求解。如 Kontinos结合二维边界单元法和高超声速计算流体力学( CFD) 算法的松耦合算法，分析了高超声速流与机翼前缘的耦合传热问题。Chen 和Zhang等交替进行稳态流场计算与固体烧蚀和瞬态导热的松耦合算法计算了带烧蚀的流固耦合传热问题。2100433B

对于某些流体与固体之间的对流换热问题 ，热边界条件无法预先给定，而是受到流体与壁面之间相互作用的制约。这时无论界面上的温度还是热流密度都应看成是计算结果的一 部分，而不是 已知条件。像这类热边界条

件是由热量交换过程动态地加 以决定而不能预先规定的问题 ，称为流固耦合传热问题。

用流固耦合传热方法可以将流体与固体之间复杂的外边界条件变成相对简单的内边界进行处理，不但减少了边界条件，又符合实际状态 从而提高了仿真的合理性和精度 。

流固耦合传热计算 的关键是实现流体与固体边界上的热量传递。由能量守恒可知 ，在流固耦合的交界面 ，固体传出的热量应等于流体吸收的热量，因此 ，流固边界面上的热量传递过程可表示为

在求解流固耦合的瞬态温度场时，流体区域可按准稳态流场处理，即不考虑流场的动量和湍方程，则其控制方程式

固体区域控制方程以其基本导热方程表示为

流固交界面上不考虑发生的辐射、烧蚀相变等过程，则流固交界面上满足能量连续性条件，即温度和热流密度相等。具体控制方程式为

上述构成了流固耦合瞬态温度场控制方程，可以使用分区瞬态紧耦合算法进行求解。即在每个[t，t Δt]时间步长内，完成如下计算步骤：

1) 假定耦合边界上的温度分布，作为流体区域的边界条件。

2) 对其中流体区域进行稳态求解，得出耦合边界上的局部热流密度和温度梯度，作为固体区域的边界条件。

3) 求解固体区域，得出耦合边界上新的温度分布，作为流体区域的边界条件。

4) 重复 2) 、3) 两步计算，直到收敛。

本项目以刷式密封与转子交互作用下接触点传热及流固耦合传热动力学规律为研究目标，综合多种因素的（刷丝之间、刷丝与后挡板摩擦以及刷丝弯曲效应）影响，应用数值模拟手段，建立非线性接触力数学模型以及接触力作用下流固耦合传热模型。利用课题组在密封-转子系统流固耦合实验方面积累的丰富经验和先进密封技术研究的基础，建立了刷式密封-转子系统学实验平台完成流固热耦合数学模型的验证。本项目旨在提出接触密封理论模型和接触力选择准则，通过实验和数值手段研究刷式密封-转子系统流固耦合传热规律，建立及完善流固热耦合数学模型，能数值分析不同刷式密封与转子系统结构下，系统内刷式密封与转子接触力及摩擦生热等参数，为研究工质泄漏、转子稳定性以及部件疲劳寿命提供重要的手段。

张树光、李永靖编写的这本《裂隙岩体的流固耦合传热机理及其应用》针对高温矿井的工程实际，建立含水裂隙岩体的二维和三维传热模型，对裂隙岩体渗流-应力-温度三场耦合作用下的二维模型、渗流-温度耦合作用下的三维模型，通过有限元计算和分析，获得岩体的流固耦合传热机理。基于信息元数据模型，选取影响岩土体导热能力的物理参数作为信息元，单独分析孔隙率、裂隙、裂隙水流速和流体黏性作为信息元对岩土体传热的不同作用，得出信息元和等效导热系数之间的关系及对岩体温度场的影响，建立深部岩体的流固耦合传热机理理论，为矿井热害治理提供基础。

《裂隙岩体的流固耦合传热机理及其应用》可供矿井高温治理和工程热物理等方面的科学技术与教学人员参考。

耦合传热是指固体壁面和两侧流体的传热。固体壁面和两侧流体的温度场将互相影响，通常必须同时确定。

耦合传热是指固体壁面和两侧流体的传热。固体壁面和两侧流体的温度场将互相影响，通常必须同时确定。通常传热问题要在一定边界条件下求解，然而实际具体问题往往并非完全如此，随着固体壁面和两侧流体间的传热，有限厚度或影响区内的温度场在不断改变。显然，固体壁面和液体内部的温度场必须同时求解确定。固体和流体界面很大程度并非问题解的热边界条件，实际上温度和热流都是一个更大系统的一部分，即要由固体壁面和两侧流体在一起的系统共同确定。