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流固耦合传热解决方法

2022/07/1679 作者:佚名
导读: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

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 。

*文章为作者独立观点,不代表造价通立场,除来源是“造价通”外。
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