航空工程先进数值计算技术应用计算流体力学,教 师：屈秋林 办公室：新主楼C1114 电 话：82339592 电 邮：,,传热模拟,能量方程,能量输运方程: 单位质量的能量定义为: 对于可压缩流动或者密度基求解器，能量项中包含压力做功和动能；对于压力基求解器，这两项被忽略，需要通过文本命令添加： TUI 命令 define/models/energy? 中包含更多的选项热传导,,组分扩散,,粘性耗散,,对流项,,非定常项,,源项,能量方程项 组分扩散,组分扩散引起的能量源项，在多组分流动中可以被激活 包含由于组分扩散引起的焓 的输运 在密度基的求解器中总是激活 在压力基的求解器中可以关闭,,在反应流中，将包含化学反应引起的能量源项 所有组分生成的焓 所有组分的体积反应率 辐射也会引起能量源项 界面能量源 连续相和离散相之间的热量交换,能量方程的项 源项,,固体区域的能量方程,可以计算固体区域中的热传导问题，其能量输运方程为 h 是显焓: 固体内部热传导可以是 各向异性的 (仅对压力基求解器),,壁面边界条件,五种热边界条件 热通量 温度 对流模拟外部的对流环境（用户描述传热系数） 辐射模拟外部的热辐射环境（用户描述表面发射率和辐射温度） 混合对流和辐射边界 条件的组合 壁面的材料和厚度可以定义 为1D或者壳体导热件。
耦合传热,在耦合传热计算中，固体内的热传导与流体内的热对流耦合 在定义流体/固体交界面的壁面上采用耦合边界条件绕热杆的冷却液流动,网格,速度矢量,温度云图,联合传热的例子,,,,,,电路板(外部冷却) k = 0.1 W/mK h = 1.5 W/m2 K T = 298 K,空气入口 V = 0.5 m/s T = 298 K,电子元件 (只模拟了一半) k = 1.0 W/mK 热产生率是2瓦特,壁面 (冷却壁面) h = 1.5 W/m2 K T = 298 K,对称面,,空气出口,,,建立问题 确定热源,在固体区域内添加热源来模拟电子元件产生的热量温度分布(前视图和俯视图),前视图,俯视图 (关于对称面进行了镜像),另一种模拟方法,也可以将电路板模拟为一个有厚度的壁面（Thin Wall model） 此时没有必要在下表面的固体区域划分网格固体区域内划分网格 vs. 薄壁方法,固体区域内划分网格 在固体区域内求解能量方程 此种方法是最为精确的方法，但是却要求更多的网格 总是使用耦合热边界条件，因为在壁面的两侧都有单元,流体区域,固体区域,双侧壁面,通过能量方程直接计算壁面的热阻; 可以计算出固体区域内温度沿着厚度的分布，计算双向的传热。
固体区域内划分网格 vs. 薄壁方法,薄壁方法 利用模型直接计算壁面热阻 在壁面边界条件中提供必要数据（材料热导率和薄壁厚度） 仅仅对于内部壁面使用耦合传热的边界条件,在模型中利用壁面厚度和材料类型可以计算薄壁的热阻，薄壁内温度沿着厚度方向的分布假设为线性分布，该方法只能计算沿着壁面法向的热传导如果选用壳传热单元，则可计算壳内的传热薄壁模型仅仅应用于法向热传导计算（不能够计算壁面内热传导），并且不需生成真实的网格单元 壁面边界条件应用在外层,薄壁模型中温度的定义,壁面的热边界条件,静温 (cell value),,薄壁 (无网格),,,壳体热传导,壳体热传导能够用来计算壳内的传热问题 产生额外的传热单元，但是 这些单元不能够被展示， 也不能够被UDFs访问 导热区域内的固体属性必须是 常数，不能随着温度变化自然对流,当流体吸收热量，流体的密度随 温度发生变化时，将产生 自然对流现象 自然对流是由密度变化引起的重力 差异所驱动的 当考虑重力项时，动量方程中的压力梯度和体力项变化为 当激活重力项时，压力变换可以避免截断误差自然对流 Boussinesq模型,Boussinesq模型假设流体的密度是均匀的，因此对动量方程中沿着重力方向的体力项按下式计算 当密度变化微小时正确(即温度变化微小)。
与将流体的密度作为温度的函数相比，Boussinesq近似在许多自然对流的模拟中改善了收敛情况 常密度假设降低了非线性 当密度变化较小时是适用的 不能够和组分输运及反应流一起使用 封闭区域内的自然对流问题 对于定常求解器, 必须采用Boussinesq模型 对于非定常求解器, 可以使用Boussinesq模型或者理想气体定律自然对流中用户的输入,在操作条件面板中定义重力加速度 定义密度模型(有多种选择) Boussinesq 模型 激活重力加速度 设置参考温度, T0 选择Boussinesq模型作为密度 计算方法，设置常值，0 设置热膨胀系数， 如果使用随温度变化的密度模型 (理想气体, Aungier- Redlich-Kwong, 多项式): 设置操作密度，或者, 允许 FLUENT 从单元平均值计算 0,,,,,,,热辐射,当 和热传导以及热对流的大小想当时，必须考虑到热辐射效应 -斯蒂芬玻尔兹曼常数, 5.6710-8 W/(m2K4) 为了计算热辐射，必须求解辐射强度输运方程 辐射强度输运方程通常独立于流场求解而单独求解，然而也可以和流场耦合在一起求解 辐射强度, I(r,s), 具有方向性。
FLUENT中包含了五种辐射模型 Discrete Ordinates Model (DOM) Discrete Transfer Radiation Model (DTRM) P1 Radiation Model Rosseland Model Surface-to-Surface (S2S),数据报道 热通量,热通量报道: 通过检查热量平衡， 可以检查流场是否真的收敛 输出热通量的数据: 可以将壁面的热通量数据输出到 文件 可以使用下列文本命令 file/export/custom-heat-flux File format for each selected face zone:,,zone-name nfaces x_f y_f z_f A Q T_w T_c HTC ,作业,NASA_SC_2_-0710超临界翼型，弦长10m 迎角：3度 马赫数Ma=0.8 飞行高度：11Km 工况1：采用定常计算，模拟温度场； 工况2：在工况1的基础上对翼型表面进行加热，翼面温度为300K，计算3秒，模拟温度场变化。