fluent 傳熱模擬電子教案

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。fluent 傳熱模擬譯文說明本文依據(jù)FLUENT6.0的HELP文件翻譯而成。事先并未征得原文版權(quán)所有者FLUENT公司或其在中國代理人?；镜耐?。本文的寫作目的僅在于為在教育與科研領(lǐng)域從事研究工作的人員提供參考與幫助，無意于將其用于商業(yè)目的。對本文在教育與科研領(lǐng)域的轉(zhuǎn)移、存儲、復(fù)制，本文作者不提供基于任何商業(yè)目的或有損于原文版權(quán)所有者的利益、形象等權(quán)益的幫助或便利。對出于研究與教學(xué)目的人員或機構(gòu)，中文翻譯者愿意并盡其可能的提供幫助、商議或回應(yīng)其它形式的要求。一旦原文（英文）版權(quán)所有者對中文譯文的

2、發(fā)布提出異議并明確通知譯文作者，同時援引有效、適用的法律、法規(guī)條款，譯文作者愿意立刻終止其為本文的發(fā)布、傳播而所做出的一切形式努力。注：本文以ADOBE公司的PDF格式發(fā)布。如需要相應(yīng)中文WORD格式文檔，請發(fā)郵件到west_wing.HYPERLINKfile:/C:FLUENT.INCfluent6.0helphtmlugnode452.htm11.ModelingHeatTransfer傳熱模擬HYPERLINKfile:/C:FLUENT.INCfluent6.0helphtmlugnode453.htm11.1OverviewofHeatTransferModelsinFLUENTF

3、LUENT中的傳熱模型概述HYPERLINKfile:/C:FLUENT.INCfluent6.0helphtmlugnode454.htm11.2ConvectiveandConductiveHeatTransfer導(dǎo)熱與對流換熱HYPERLINKfile:/C:FLUENT.INCfluent6.0helphtmlugnode455.htm11.2.1Theory理論HYPERLINKfile:/C:FLUENT.INCfluent6.0helphtmlugnode456.htm11.2.2UserInputsforHeatTransfer有關(guān)傳熱的用戶輸入項HYPERLINKfile:/

4、C:FLUENT.INCfluent6.0helphtmlugnode457.htm11.2.3SolutionProcessforHeatTransfer傳熱計算的求解過程HYPERLINKfile:/C:FLUENT.INCfluent6.0helphtmlugnode458.htm11.2.4ReportingandDisplayingHeatTransferQuantities傳熱變量的輸出與顯示HYPERLINKfile:/C:FLUENT.INCfluent6.0helphtmlugnode459.htm11.2.5ExportingHeatFluxData熱流數(shù)據(jù)的輸出HYPER

5、LINKfile:/C:FLUENT.INCfluent6.0helphtmlugnode460.htm11.3RadiativeHeatTransfer輻射傳熱HYPERLINKfile:/C:FLUENT.INCfluent6.0helphtmlugnode461.htm11.3.1IntroductiontoRadiativeHeatTransfer輻射傳熱簡介HYPERLINKfile:/C:FLUENT.INCfluent6.0helphtmlugnode462.htm11.3.2ChoosingaRadiationModel選擇輻射模型HYPERLINKfile:/C:FLUENT

6、.INCfluent6.0helphtmlugnode463.htm11.3.3TheDiscreteTransferRadiationModel(DTRM)離散傳播輻射模型HYPERLINKfile:/C:FLUENT.INCfluent6.0helphtmlugnode464.htm11.3.4TheP-1RadiationModelP-1輻射模型HYPERLINKfile:/C:FLUENT.INCfluent6.0helphtmlugnode465.htm11.3.5TheRosselandRadiationModelRosseland輻射模型HYPERLINKfile:/C:FLUE

7、NT.INCfluent6.0helphtmlugnode466.htm11.3.6TheDiscreteOrdinates(DO)RadiationModel離散坐標(biāo)輻射模型HYPERLINKfile:/C:FLUENT.INCfluent6.0helphtmlugnode467.htm11.3.7TheSurface-to-Surface(S2S)RadiationModel多表面輻射傳熱模型HYPERLINKfile:/C:FLUENT.INCfluent6.0helphtmlugnode468.htm11.3.8RadiationinCombustingFlows燃燒過程的輻射HYPE

8、RLINKfile:/C:FLUENT.INCfluent6.0helphtmlugnode469.htm11.3.9OverviewofUsingtheRadiationModels輻射模型使用概覽HYPERLINKfile:/C:FLUENT.INCfluent6.0helphtmlugnode470.htm11.3.10SelectingtheRadiationModel輻射模型的選擇HYPERLINKfile:/C:FLUENT.INCfluent6.0helphtmlugnode471.htm11.3.11DefiningtheRayTracingfortheDTRM離散傳播模型的跟

9、蹤射線的定義HYPERLINKfile:/C:FLUENT.INCfluent6.0helphtmlugnode472.htm11.3.12ComputingorReadingtheViewFactorsfortheS2SModel表面輻射模型中角系數(shù)的計算與數(shù)據(jù)讀取HYPERLINKfile:/C:FLUENT.INCfluent6.0helphtmlugnode473.htm11.3.13DefiningtheAngularDiscretizationfortheDOModelDO輻射模型離散角的定義HYPERLINKfile:/C:FLUENT.INCfluent6.0helphtmlu

10、gnode474.htm11.3.14DefiningNon-GrayRadiationfortheDOModel離散坐標(biāo)輻射模型中的非灰體輻射HYPERLINKfile:/C:FLUENT.INCfluent6.0helphtmlugnode475.htm11.3.15DefiningMaterialPropertiesforRadiation有關(guān)輻射性能的材料屬性定義HYPERLINKfile:/C:FLUENT.INCfluent6.0helphtmlugnode476.htm11.3.16SettingRadiationBoundaryConditions輻射邊界條件設(shè)定HYPERLI

11、NKfile:/C:FLUENT.INCfluent6.0helphtmlugnode477.htm11.3.17SettingSolutionParametersforRadiation輻射計算參數(shù)的設(shè)定HYPERLINKfile:/C:FLUENT.INCfluent6.0helphtmlugnode478.htm11.3.18SolvingtheProblem問題求解過程HYPERLINKfile:/C:FLUENT.INCfluent6.0helphtmlugnode479.htm11.3.19ReportingandDisplayingRadiationQuantities輻射變量的

12、和輸出與顯示HYPERLINKfile:/C:FLUENT.INCfluent6.0helphtmlugnode480.htm11.3.20DisplayingRaysandClustersfortheDTRMDTRM表面束和射線顯示HYPERLINKfile:/C:FLUENT.INCfluent6.0helphtmlugnode481.htm11.4PeriodicHeatTransfer周期性傳熱問題HYPERLINKfile:/C:FLUENT.INCfluent6.0helphtmlugnode482.htm11.4.1OverviewandLimitations概述與適用范圍HYP

13、ERLINKfile:/C:FLUENT.INCfluent6.0helphtmlugnode483.htm11.4.2Theory理論HYPERLINKfile:/C:FLUENT.INCfluent6.0helphtmlugnode484.htm11.4.3ModelingPeriodicHeatTransfer周期性傳熱問題的模擬HYPERLINKfile:/C:FLUENT.INCfluent6.0helphtmlugnode485.htm11.4.4SolutionStrategiesforPeriodicHeatTransfer周期性傳熱問題求解策略HYPERLINKfile:/C

14、:FLUENT.INCfluent6.0helphtmlugnode486.htm11.4.5MonitoringConvergence監(jiān)視收斂HYPERLINKfile:/C:FLUENT.INCfluent6.0helphtmlugnode487.htm11.4.6PostprocessingforPeriodicHeatTransfer周期性傳熱問題的后處理HYPERLINKfile:/C:FLUENT.INCfluent6.0helphtmlugnode488.htm11.5Buoyancy-DrivenFlows浮力驅(qū)動流動HYPERLINKfile:/C:FLUENT.INCflu

15、ent6.0helphtmlugnode489.htm11.5.1Theory理論HYPERLINKfile:/C:FLUENT.INCfluent6.0helphtmlugnode490.htm11.5.2ModelingNaturalConvectioninaClosedDomain封閉區(qū)域內(nèi)自然對流的模擬HYPERLINKfile:/C:FLUENT.INCfluent6.0helphtmlugnode491.htm11.5.3TheBoussinesqModelBoussinesq模型HYPERLINKfile:/C:FLUENT.INCfluent6.0helphtmlugnode4

16、92.htm11.5.4UserInputsforBuoyancy-DrivenFlows浮力驅(qū)動流動的用戶輸入HYPERLINKfile:/C:FLUENT.INCfluent6.0helphtmlugnode493.htm11.5.5SolutionStrategiesforBuoyancy-DrivenFlows浮力驅(qū)動流動的求解策略HYPERLINKfile:/C:FLUENT.INCfluent6.0helphtmlugnode494.htm11.5.6PostprocessingforBuoyancy-DrivenFlows浮力驅(qū)動流動的后處理FLUENT中的傳熱模型概述占據(jù)一定體

17、積的物質(zhì)所據(jù)有的熱能從一處轉(zhuǎn)移到另一處，這種現(xiàn)象稱為傳熱。引發(fā)傳熱的原因有三種：導(dǎo)熱、對流傳熱、輻射傳熱。只涉及熱傳導(dǎo)或和對流的傳熱過程是最簡單的情況，而涉及到浮力驅(qū)動流動或者自然對流、輻射的傳熱過程卻比較復(fù)雜。依據(jù)問題的不同，F(xiàn)LUENT求解不同的能量方程以考慮用戶設(shè)定的傳熱模型。FLUENT也可以預(yù)報出具有周期對稱性幾何結(jié)構(gòu)所對應(yīng)的周期性傳熱，這樣就可以大大減少計算量。導(dǎo)熱與對流換熱FLUENT允許用戶在其模型中包含有流體與和固體的傳熱求解。從流體熱混合到固體的熱傳導(dǎo)可以在FLUENT中應(yīng)用這一節(jié)所介紹的模型和用戶輸入項進行耦合求解。11.3節(jié)介紹輻射傳熱模型、11.5節(jié)介紹自然對流。HY

18、PERLINKfile:/C:FLUENT.INCfluent6.0helphtmlugnode455.htm11.2.1TheoryHYPERLINKfile:/C:FLUENT.INCfluent6.0helphtmlugnode456.htm11.2.2UserInputsforHeatTransferHYPERLINKfile:/C:FLUENT.INCfluent6.0helphtmlugnode457.htm11.2.3SolutionProcessforHeatTransferHYPERLINKfile:/C:FLUENT.INCfluent6.0helphtmlugnode45

19、8.htm11.2.4ReportingandDisplayingHeatTransferQuantitiesHYPERLINKfile:/C:FLUENT.INCfluent6.0helphtmlugnode459.htm11.2.5ExportingHeatFluxData11.2.1理論能量方程FLUENT求解如下的能量方程：（11.2.1）其中，為有效導(dǎo)熱率（，其中，為湍流引致的導(dǎo)熱率，由模型中使用的湍流模型確定）。為組分的擴散通量。方程11.2-1右邊的前三項分別表示由于熱傳導(dǎo)、組分?jǐn)U散、粘性耗散而引起的能量轉(zhuǎn)移。包含化學(xué)反應(yīng)放（吸）熱以及任何其它的由用戶定義的體積熱源。方程11.2

20、-1中：（11.2.2）其中，顯焓的定義（對理想氣體）為：（11.2.3）對不可壓流體：（11.2.4）方程11.2-3、11.2-4中，為組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)：其中為298.15K。非預(yù)混燃燒模型的能量方程：當(dāng)激活非絕熱、非預(yù)混燃燒模型時，F(xiàn)LUENT求解以總焓表示的能量方程：（11.2.6）上式假定劉易斯數(shù)（Le）1，方程右邊的第一項包含熱傳導(dǎo)與組分?jǐn)U散，粘性耗散作為非守恒形式被包含在第二項中?？傡实亩x為：其中，為組分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)：（11.2.8）為組分處于參考溫度的生成焓?？紤]壓力做功以及動能方程11.2-1包含有在不可壓流動中經(jīng)常被忽略的壓力做功和動能。因此，在缺省情況下，分離式求解器在計算

21、不可壓流體時，不考慮壓力做功和動能的影響。如果用戶希望考慮這兩個因素，可以使用define/models/energy?命令行激活這兩個影響因素。在處理可壓縮流動或使用任何耦合式求解器時，總是考慮壓力做功和動能。考慮粘性耗散方程11.2-1和11.2-6包含有粘性耗散項，它表示了由于流動過程中粘性剪切作用而產(chǎn)生的熱量。在使用分離式求解器時，F(xiàn)LUENT的缺省能量方程不包含這一項（因為一般灰忽略粘性產(chǎn)生的熱量）。當(dāng)Brinkman數(shù)，Br，接近或大于1時，流體粘性生成的熱量不可忽視：（11.2.9）其中，為計算區(qū)域內(nèi)的溫差。當(dāng)用戶的問題需要考慮粘性耗散項，并且使用的是分離式求解器時，用戶應(yīng)該在H

22、YPERLINKfile:/C:FLUENT.INCfluent6.0helphtmlugnode1051.htmlViscous_ModelViscousModelpanel面板中使用ViscousHeating選項激活此項。對于一般的可壓縮流動，。需要注意的是，如果用戶已經(jīng)定義了可壓縮流動，但使用了分離式求解器，F(xiàn)LUENT不會自動激活粘性耗散選項。對于任一種耦合式求解器，在求解能量方程時，粘性耗散項總是被考慮進去?？紤]組分?jǐn)U散項：由于組分?jǐn)U散的作用，方程11.2-1、11.2-6均包含有焓的輸運。當(dāng)使用分離式求解器時，此項：在缺省情況下被包含在方程11.2-1中。若用戶希望禁止此項，可以

23、使用HYPERLINKfile:/C:FLUENT.INCfluent6.0helphtmlugnode1054.htmlSpecies_ModelSpeciesModelpanel.面板中的DiffusionEnergySource選項來屏蔽。在使用非絕熱、非預(yù)混燃燒模型時，因為方程11.2-6中的第一項中已經(jīng)包含了這一項，所以它不會顯式的包含在方程中。使用耦合式求解器時，這一項總是被包含在能量方程中?；瘜W(xué)反應(yīng)引起的傳熱源項方程11.2-1中的能量源項包含化學(xué)反應(yīng)帶來的熱量；（11.2.10）其中，為組分的生成焓，為組分的體積釋熱率。對于非絕熱、非預(yù)混燃燒模型的能量方程（方程11.2-6），

24、由于組分生成熱已經(jīng)被包含在焓的定義之中（請參閱方程11.2-6），所以，能量的反應(yīng)源項不包含在源項之中。輻射引起的能量源項一旦使用了某種輻射模型，方程11.2-1、11.2-6中的源項也包含有輻射源項。細節(jié)請參閱11.3節(jié)。相間能量交換源項需要指出的是，能量源項中也包含連續(xù)相與離散相之間的熱量交換。進一步的討論請參閱19.5節(jié)。壁面?zhèn)鳠徇吔鐥l件壁面?zhèn)鳠徇吔鐥l件在10.8.2節(jié)介紹。固體計算域的能量方程在固體區(qū)域，F(xiàn)LUENT使用的能量方程形式如下：（11.2.11）其中：方程11.2-11左邊第二項表示固體由于旋轉(zhuǎn)或平移而引起的對流傳熱。速度由用戶對固體區(qū)域的運動屬性的設(shè)定而計算得到（請參閱6

25、.18節(jié)）。方程11.2-11右邊兩項分別表示傳導(dǎo)引起的熱流以及固體內(nèi)部的體積熱源。固體內(nèi)各向異性熱傳導(dǎo)當(dāng)使用分離式求解器時，F(xiàn)LUET允許用戶對固體介質(zhì)設(shè)定各向異性的導(dǎo)熱率。對于各向異性導(dǎo)熱的，其熱傳導(dǎo)項為：（11.2.12）其中，為導(dǎo)熱率張量。關(guān)于如何對固體設(shè)定各向異性導(dǎo)熱率，請參閱7.4.5節(jié)。入口區(qū)的擴散在入口區(qū)的總能量輸運既包括對流傳熱，也包括擴散傳熱。對流傳熱由用戶設(shè)定的入口溫度所確定。但是，擴散傳熱卻依賴于計算域中的溫度梯度。這樣，我們不能預(yù)先設(shè)定擴散傳熱量，從而就不能確定入口的總傳熱量。在某些場合，用戶可能希望給定入口的中傳熱量而不是入口溫度。如果使用分離式求解器，用戶可以禁止

26、掉入口的能量擴散來達到此目的。缺省情況下，在入口區(qū)，F(xiàn)LUENT包含有擴散傳熱。為了禁止入口的擴散傳熱，可使用define/models/energy?命令行。如果使用耦合式求解器，那么，入口區(qū)的擴散傳熱不能禁止掉。11.2.2有關(guān)傳熱的用戶輸入項在FLUENT中使用的模型考慮傳熱時，用戶需要激活相應(yīng)的模型、提供熱邊界條件、給出控制傳熱和或依賴于溫度而變化的各種介質(zhì)參數(shù)。這一節(jié)介紹這些輸入項。設(shè)定傳熱問題的步驟如下所述（需要注意的是，這里介紹的只包括針對傳熱而必須的設(shè)定步驟，用戶還需要設(shè)定其它的模型參數(shù)、邊界條件等）。為了激活傳熱計算，請在HYPERLINKfile:/C:FLUENT.INC

27、fluent6.0helphtmlugnode1052.htmlEnergyEnergypanel面板（圖11.2.1）中激活EnergyEquation選項。DefineModelsEnergy.圖表11.2.SEQ圖表*ARABIC1Energy面板如果模擬的是粘性流動，并且希望在能量方程中包含粘性生成熱，請在HYPERLINKfile:/C:FLUENT.INCfluent6.0helphtmlugnode1051.htmlViscous_ModelViscousModelpanel.面板中激活ViscousHeating選項（可選的，且僅適用于離散求解器，）。正如11.2.1節(jié)所介紹的

28、，在使用離散求解器時，缺省情況下，F(xiàn)LUENT在能量方程中忽略了粘性生成熱（各個耦合求解器總是包含有粘性生成熱）。對于流體剪切應(yīng)力較大（例如流體潤滑問題），和或高速可壓縮流動（請參閱方程11.2-9），用戶應(yīng)該考慮粘性耗散。DefineModelsViscous.在流動入口、出口以及壁面定義熱邊界條件DefineBoundaryConditions.在入口、出口邊界用戶應(yīng)設(shè)定溫度條件；在壁面，用戶可以設(shè)定如下的熱邊界條件：設(shè)定熱流設(shè)定溫度對流傳熱條件輻射條件輻射與對流的混合邊界6.13.1節(jié)詳細介紹了決定上述熱邊界條件所需要的模型輸入?yún)?shù)。入口的缺省熱邊界條件為溫度300K；壁面的缺省熱邊界條

29、件為熱流0（即壁面絕熱）。關(guān)于邊界條件輸入?yún)?shù)的細節(jié)請參閱第六章。！若用戶的傳熱計算涉及到兩個彼此分離的流動區(qū)域，請看下面的介紹。定義介質(zhì)的熱參數(shù)DefineMaterials.必須定義介質(zhì)的比熱和導(dǎo)熱率，并且用戶可以把很多參數(shù)設(shè)定為溫度的函數(shù)（請參閱第七章）。！若用戶的傳熱計算涉及到兩個彼此分離的流動區(qū)域，請看下面的介紹。溫度的高限與低限值出于計算穩(wěn)定性的考慮，F(xiàn)LUENT對溫度的計算范圍加以限制。設(shè)定溫度的高低限是為了提高計算的穩(wěn)定性，因為物理上真實的溫度應(yīng)該處于某個確定的溫度范圍之內(nèi)。有時，在方程求解剛開始時，溫度可能會超出溫度限制，而異常溫度所對應(yīng)的各種參數(shù)將是不真實的。溫度的高低限值

30、確保了計算出的溫度處在用戶所期望的可能的溫度范圍之內(nèi)。如果FLUENT在計算過程中得到的溫度超出了溫度高限，那么，計算溫度值就被固定在溫度高限上。缺省的溫度高限值是5000K。若FLUENT在計算過程中得到的溫度低于溫度低限，那么，計算溫度值就被固定在溫度低限上。缺省的溫度低限值為1K。若用戶計算域內(nèi)的溫度可能超過5000K，那么，可以使用HYPERLINKfile:/C:FLUENT.INCfluent6.0helphtmlugnode1084.htmlSolution_LimitsSolutionLimitspanel面板的MaximumTemperature.選項來提高溫度高限值。Sol

31、veControlsLimits.模擬分離的兩個區(qū)域內(nèi)的傳熱如果用戶的傳熱計算域涉及到由固體區(qū)域或某個壁面分開的兩個流動區(qū)域（如圖11.2.2所示），那么，就需要仔細的設(shè)定此計算模型：在任一個流動區(qū)域都不能使用outflow邊界條件通過對每個計算域設(shè)定不同的流體介質(zhì)，用戶可以創(chuàng)建單獨的流體介質(zhì)屬性（但是，對于需要組分計算的情況，用戶只能對整個計算域設(shè)定一個單一的混合介質(zhì)）。圖表SEQ圖表*ARABIC2涉及到兩個彼此分離流動的典型逆流換熱11.2.3傳熱計算的求解過程盡管使用FLUENT中預(yù)先設(shè)定的缺省求解參數(shù)可以很好的求解簡單傳熱問題，用戶可以使用本節(jié)介紹的方法來加速計算的收斂或者和提高求解

32、過程的穩(wěn)定性。能量方程的亞松弛當(dāng)用戶使用分離式求解器時，F(xiàn)LUENT使用亞松弛參數(shù)（系數(shù)，在HYPERLINKfile:/C:FLUENT.INCfluent6.0helphtmlugnode1082.htmlSolution_ControlsSolutionControlspanel面板中由用戶定義，請參閱22.9節(jié)）來對能量方程進行亞松弛處理。SolveControlsSolution.如果使用非絕熱、非預(yù)混燃燒模型，用戶可以設(shè)定能量方程的亞松弛系數(shù)，也可以對溫度進行亞松弛處理，如下所述。無論能量方程采用那種形式（溫度或焓），F(xiàn)LUENT使用的缺省亞松弛系數(shù)都是1.0。在能量場影響到流場的

33、情況下（通過依賴于溫度的變量的改變或者浮力的影響），用戶應(yīng)該使用較小的亞松弛系數(shù)（一般為0.81.0）。對于流場不受溫度場影響的情況（沒有依賴于溫度的變量或者浮力的影響），用戶可以保持缺省的亞松弛系數(shù)值為1.0。求解焓方程時的溫度亞松弛在能量方程以焓的形式表示時（例如，當(dāng)用戶使用非絕熱、非預(yù)混燃燒模型），F(xiàn)LUENT對溫度急性亞松弛處理，即每次對溫度變化只進行部分更新從而對焓值就進行了亞松弛處理。這種間接方式亞松弛使用戶可以令焓值迅速改變，而溫度（會影響到流體的屬性）相對要滯后。FLUENT中溫度亞松弛系數(shù)的缺省值為1.0。用戶可以在HYPERLINKfile:/C:FLUENT.INCflu

34、ent6.0helphtmlugnode1082.htmlSolution_ControlsSolutionControlspanel.面板中進行更改。禁止組分?jǐn)U散項如果使用分離式求解器時收斂困難，那么，用戶可以考慮在HYPERLINKfile:/C:FLUENT.INCfluent6.0helphtmlugnode1054.htmlSpecies_ModelSpeciesModelpanel.面板中禁止DiffusionEnergySource選項。DefineModelsSpecies.當(dāng)此選項被禁止時，F(xiàn)LUENT將忽略能量方程中的組分?jǐn)U散的影響。需要注意的是，對于任何耦合求解器，總是包

35、含有組分?jǐn)U散的影響。逐步求解對于傳熱計算，更有效的計算策略是先計算絕熱流動，然后再考慮能量方程的計算。依據(jù)流動與傳熱是否耦合，求解過程稍有不同。非耦合的流動-傳熱計算若用戶的問題是非耦合的流動-傳熱過程（沒有依賴于溫度的介質(zhì)屬性或浮力），那么，用戶可以先求解絕熱流動（屏蔽掉能量方程）以得到收斂的流場，然后再單獨求解能量輸運方程。！由于耦合求解器同時求解流動與能量方程，所以，上述的能量方程單獨求解過程僅對分離式求解器有效。用戶在HYPERLINKfile:/C:FLUENT.INCfluent6.0helphtmlugnode1082.htmlSolution_ControlsSolutionC

36、ontrolspanel（請參閱22.19.2節(jié)）面板中的Equations列表中不選擇Energy選項，就可以臨時性的屏蔽掉能量方程的求解。SolveControlsSolution.流動與傳熱的耦合計算對于流動與傳熱耦合問題（例如，模型中包含有依賴于溫度的介質(zhì)屬性或浮力），在計算能量方程之前，用戶可以首先求解流動方程。獲得收斂的流場計算結(jié)果之后，用戶可以再選擇能量方程，然后同時求解流動與傳熱方程，最終獲得問題的完整解。11.2.4傳熱變量的輸出與顯示對于傳熱過程，F(xiàn)LUENT提供另外的幾種輸出（匯報）選項。用戶可以生成如下的圖形或輸出變量函數(shù)：溫度總溫（滯止溫度）焓相對滯止溫度Rothal

37、py壁面溫度（外表面）壁面溫度（內(nèi)表面）滯止焓滯止焓梯度熵總能內(nèi)能表面總熱流密度表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)表面努塞爾數(shù)表面斯坦頓數(shù)上述的前12個變量列于后處理面板中的Temperature.目錄下的下拉列表中，其余的變量列于WallFluxes.目錄之下。關(guān)于這些變量的定義請參閱第27章。輸出與顯示總的焓與能量的定義依據(jù)流體是否可壓縮，焓與能量的輸出值的定義有所不同。關(guān)于完整的變量定義請參閱27.4節(jié)。穿過邊界的熱流量（熱通量）的輸出用戶可以使用面板來計算求解域中每個邊界的傳熱量，或者是對所有邊界的傳熱量求和以檢查熱量的平衡。ReportFluxes.我們推薦用戶進行熱平衡的檢查以確保計算結(jié)果達到真實收斂狀

38、態(tài)。關(guān)于生成熱流量的輸出項目請參閱26.2節(jié)。穿過表面的熱流通量的輸出用戶可以使用HYPERLINKfile:/C:FLUENT.INCfluent6.0helphtmlugnode1149.htmlSurface_IntegralsSurfaceIntegralspanel面板（請參閱26.5節(jié)）來計算穿過任一邊界或表面（使用第24章所介紹的方法創(chuàng)建而成）的熱流通量。ReportSurfaceIntegrals.為了要輸出焓的流率（通量）：（11.2.13）在SurfaceIntegrals面板中選定MassFlowRate選項，然后在FieldVariable區(qū)選定Enthalpy（在Te

39、mperature.目錄列表下），然后點取希望進行積分的表面。平均傳熱系數(shù)的輸出HYPERLINKfile:/C:FLUENT.INCfluent6.0helphtmlugnode1149.htmlSurface_IntegralsSurfaceIntegralspanel面板可以用來輸出某個面的平均傳熱系數(shù)。ReportSurfaceIntegrals.在SurfaceIntegrals面板中，選定Area-WeightedAverage選項，然后在FieldVariable區(qū)選定SurfaceHeatTransferCoef.（在Temperature.目錄列表下），點取某個表面即可。11

40、.2.5熱流數(shù)據(jù)的輸出用戶可以把壁面區(qū)域（包括輻射體）的熱流數(shù)據(jù)輸出到文件中，然后就可以進行計算數(shù)據(jù)的檢查或在在其它程序中使用。為了存貯熱流數(shù)據(jù)文件，用戶可以使用custom-heat-flux命令行。fileexportcustom-heat-flux用戶選定的區(qū)域（面區(qū)域，facezone）熱流數(shù)據(jù)文件的輸出格式為：zone-namenfacesx_fy_fz_fAQT_wT_c.每個數(shù)據(jù)區(qū)以區(qū)域名稱（zone-name）開始，然后是在此區(qū)域包含的面的總數(shù)（nfaces）。接下來是每一個面的相關(guān)數(shù)據(jù)（共有nfaces行），每行數(shù)據(jù)包含面的幾何中心坐標(biāo)（x_f,y_f,and,三維時還包含,

41、z_f）、面的面積（A)）、包擴輻射傳熱的總熱流量（Q）、面的溫度（T_w）以及相鄰單元的溫度（T_c）。11.3輻射傳熱對輻射模型的介紹組織如下：HYPERLINKfile:/C:FLUENT.INCfluent6.0helphtmlugnode461.htm11.3.1輻射傳熱簡介HYPERLINKfile:/C:FLUENT.INCfluent6.0helphtmlugnode462.htm11.3.2選擇輻射模型HYPERLINKfile:/C:FLUENT.INCfluent6.0helphtmlugnode463.htm11.3.3離散傳播輻射模型HYPERLINKfile:/C:

42、FLUENT.INCfluent6.0helphtmlugnode464.htm11.3.4P-1輻射模型HYPERLINKfile:/C:FLUENT.INCfluent6.0helphtmlugnode465.htm11.3.5Rosseland輻射模型HYPERLINKfile:/C:FLUENT.INCfluent6.0helphtmlugnode466.htm11.3.6離散坐標(biāo)輻射模型HYPERLINKfile:/C:FLUENT.INCfluent6.0helphtmlugnode467.htm11.3.7表面輻射模型HYPERLINKfile:/C:FLUENT.INCflue

43、nt6.0helphtmlugnode468.htm11.3.8燃燒過程的輻射HYPERLINKfile:/C:FLUENT.INCfluent6.0helphtmlugnode469.htm11.3.9輻射模型使用概覽HYPERLINKfile:/C:FLUENT.INCfluent6.0helphtmlugnode470.htm11.3.10輻射模型的選擇HYPERLINKfile:/C:FLUENT.INCfluent6.0helphtmlugnode471.htm11.3.11離散傳播模型的跟蹤射線的定義HYPERLINKfile:/C:FLUENT.INCfluent6.0helph

44、tmlugnode472.htm11.3.12表面輻射模型中角系數(shù)的計算與數(shù)據(jù)讀取HYPERLINKfile:/C:FLUENT.INCfluent6.0helphtmlugnode473.htm11.3.13DefiningtheAngularDiscretizationfortheDOModelHYPERLINKfile:/C:FLUENT.INCfluent6.0helphtmlugnode474.htm11.3.14離散坐標(biāo)輻射模型中的非灰體輻射HYPERLINKfile:/C:FLUENT.INCfluent6.0helphtmlugnode475.htm11.3.15有關(guān)輻射性能的

45、材料屬性定義HYPERLINKfile:/C:FLUENT.INCfluent6.0helphtmlugnode476.htm11.3.16輻射邊界條件設(shè)定HYPERLINKfile:/C:FLUENT.INCfluent6.0helphtmlugnode477.htm11.3.17輻射計算參數(shù)的設(shè)定HYPERLINKfile:/C:FLUENT.INCfluent6.0helphtmlugnode478.htm11.3.18問題求解過程HYPERLINKfile:/C:FLUENT.INCfluent6.0helphtmlugnode479.htm11.3.19ReportingandDis

46、playingRadiationQuantities輻射HYPERLINKfile:/C:FLUENT.INCfluent6.0helphtmlugnode480.htm11.3.20DisplayingRaysandClustersfortheDTRM11.3.1輻射傳熱簡介FLUENT提供五種輻射模型，用戶可以在其傳熱計算中使用這些模型（可以包括不包括輻射性介質(zhì)）：離散傳播輻射（DTRM）模型HYPERLINKfile:/C:FLUENT.INCfluent6.0helphtmlugnode1177.htmlcarvalho30,HYPERLINKfile:/C:FLUENT.INCflu

47、ent6.0helphtmlugnode1177.htmlshah208P-1輻射模型HYPERLINKfile:/C:FLUENT.INCfluent6.0helphtmlugnode1177.htmlcheng35,HYPERLINKfile:/C:FLUENT.INCfluent6.0helphtmlugnode1177.htmlsiegel210Rosseland輻射模型HYPERLINKfile:/C:FLUENT.INCfluent6.0helphtmlugnode1177.htmlsiegel210表面輻射（S2S）模型HYPERLINKfile:/C:FLUENT.INCflu

48、ent6.0helphtmlugnode1177.htmlsiegel210離散坐標(biāo)輻射（DO）模型HYPERLINKfile:/C:FLUENT.INCfluent6.0helphtmlugnode1177.htmlchu-rai-9337,HYPERLINKfile:/C:FLUENT.INCfluent6.0helphtmlugnode1177.htmlrai-chu-90183是用上述的輻射模型，用戶就可以在其計算中考慮壁面由于輻射而引起的加熱冷卻以及流體相的由輻射引起的熱量源匯。輻射傳熱方程對于具有吸收、發(fā)射、散射性質(zhì)的介質(zhì)，在位置、沿方向的輻射傳播方程（RTE）為：（11.3.1）

49、其中：位置向量方向向量散射方向沿程長度（行程長度）吸收系數(shù)折射系數(shù)散射系數(shù)斯蒂芬玻耳茲曼常數(shù)（）輻射強度，依賴于位置（）與方向（）當(dāng)?shù)販囟认辔缓瘮?shù)空間立體角為介質(zhì)的光學(xué)深度（光學(xué)模糊度）。對于半透明介質(zhì)的輻射，折射系數(shù)很重要。圖11.3.1為輻射傳熱過程的示意圖。圖表SEQ圖表*ARABIC3輻射傳播方程DTRM、P-1、Rosseland以及DO輻射模型需要把吸收系數(shù)作為輸入項。和散射系數(shù)可以是常數(shù)；也可以是當(dāng)?shù)豀2O和CO2、行程長度以及總壓的函數(shù)。FLUENT提供灰氣體加權(quán)平均模型（WSGGM）來計算變化的吸收系數(shù)。細節(jié)請參閱11.3.8。離散坐標(biāo)模型可以模擬半透明介質(zhì)內(nèi)的輻射傳遞過程，

50、對于這類問題，必須給出介質(zhì)的折射系數(shù)。輻射傳播方程的應(yīng)用范圍輻射傳播方程能夠應(yīng)用的典型場合包括：火焰輻射表面輻射換熱導(dǎo)熱、對流與輻射的耦合問題HVAC（HeatingVentilatingandAirConditioning，采暖、通風(fēng)和空調(diào)工業(yè)）中通過開口的輻射換熱以及汽車工業(yè)中車廂的傳熱分析玻璃加工、玻璃纖維拉拔過程以及陶瓷工業(yè)中的輻射傳熱在輻射換熱量（）與導(dǎo)熱、對流換熱量相比較大時，用戶應(yīng)該考慮在其計算中包含由輻射傳熱過程。在高溫情況下，由于輻射換熱量與溫度四次方成比例，這時，輻射傳熱將占據(jù)傳熱的主導(dǎo)地位。11.3.2選擇輻射模型對于某些問題，某個輻射模型可能比其它模型更適用。在確定使用

51、何種輻射模型時，需要考慮的因素如下：光學(xué)深度：光學(xué)深度是確定選擇輻射模型較好的指標(biāo)。其中，為計算域大致的長度標(biāo)尺。例如，對于燃燒室內(nèi)的流動，為燃燒室的直徑。如果，那么，最好的選擇是使用P-1或Rosseland輻射模型。P-1模型一般都用于光學(xué)深度1的情況。若光學(xué)深度3，Rosseland模型計算量更小而且更加有效。DTRM和DO對于任何的光學(xué)深度都適用，但是，它們計算量也更大。因此，如果問題允許的話，應(yīng)盡可能的選擇具有“光學(xué)深度限制”的P-1或Rosseland輻射模型。對于光學(xué)深度較小的問題，只有DTRM和DO模型時適用的。散射與發(fā)射：P-1,Rosseland和DO模型考慮散射的影響，而

52、DTRM忽略此項。由于Rosseland模型在壁面使用具有溫度滑移的邊界條件，所以，它對壁面的發(fā)射率（黑度）不敏感。只有P-1和DO模型考慮氣體與顆粒之間的輻射換熱（請參閱方程11.3-15）。半透明介質(zhì)與鏡面邊界：只有DO模型允許出現(xiàn)鏡面反射（全反射，例如鏡子）以及在半透明介質(zhì)（例如玻璃）內(nèi)的輻射。非灰體輻射：只有DO模型能夠允許用戶使用灰?guī)Ｐ陀嬎惴腔殷w輻射。局部熱源：對于具有局部熱源的問題，P-1模型可能會過高估計輻射熱流。這種情況下，DO模型可能會是最好的輻射計算方法，當(dāng)然，如果具有足夠多的射線數(shù)目，DTRM模型的計算結(jié)果也可以接受。沒有輻射介質(zhì)情況下的封閉腔體內(nèi)的輻射傳熱：表面輻射換

53、熱模型（S2S）適用于這種情況。從原理上講，使用具有輻射介質(zhì)的各種輻射模型也可以計算輻射表面間的換熱，但計算結(jié)果并非總是很好。來自計算區(qū)域外的輻射如果用戶希望考慮計算區(qū)域之外的輻射的影響,那么,可在其模型中使用外部輻射邊界條件（請參閱6.13.1節(jié)）。如果用戶并不關(guān)心計算域內(nèi)的輻射過程，那么，使用這種邊界條件就不需要使用任何輻射模型。DTRM輻射模型的優(yōu)缺點11.3.3離散傳播輻射模型（DTRM）DTRM輻射模型的主要假設(shè)是用單一的（輻射）射線代替從輻射表面沿某個立體角的所有輻射效應(yīng)。這一節(jié)詳細介紹DTRM模型中所使用的方程。DTRM方程輻射強度（輻射密度）的變化，沿其行程的微分方程為：（11

54、.3.2）其中：氣體輻射吸收（發(fā)射，黑度）系數(shù)輻射強度當(dāng)?shù)貧怏w溫度斯蒂芬玻耳茲曼常數(shù)（）方程中，假設(shè)氣體的折射系數(shù)為1。在DTRM模型中，對方程11.3.2從邊界面出發(fā)，沿輻射行程積分。若沿著射線行程，為常數(shù)，那么，對于，有：（11.3.3）其中，為射線行程起始點的輻射強度，它由相應(yīng)的邊界條件確定（關(guān)于輻射邊界條件，請參閱下面的介紹）。跟蹤穿過流體計算單元中的每條射線，求得他們的輻射強度變化之后，對所有的輻射變化求和，就得到對應(yīng)于每個流體單元內(nèi)能量方程的熱量源項（由輻射引起的）。DTRM模型使用的“射線跟蹤”方法可用來計算各個表面之間的輻射傳熱，而卻不需要去計算（表面的）角系數(shù)。此模型的計算精

55、度主要由所跟蹤射線的數(shù)目以及計算網(wǎng)格密度決定。射線跟蹤射線行程的計算與存儲先于流體流動的計算。在每個輻射面，射線按照一定的經(jīng)度角和緯度角進行離散處理（圖11.3.2）。為了覆蓋輻射半球空間，（緯度角）從0變化到；（經(jīng)度角）從0變化到。然后，跟蹤每條射線以確定與射線相交的計算單元和射線穿越單元的距離。這些信息存儲在一個輻射文件中，在開始流體計算之前，必須首先把這個文件讀進來。圖表SEQ圖表*ARABIC4P點在半球空間沿一定經(jīng)/緯度角的空間立體角的定義射線（輻射面）束當(dāng)跟蹤多個表面，并且射線穿越很多計算單元時，DTRM的計算量非常大。為了減少計算量，輻射表面和吸收輻射的計算單元被分成射線束和輻射

56、吸收體。輻射吸收體的組成由某個計算單元開始，加上此單元的臨近單元，直到總單元數(shù)目達到設(shè)定的每個輻射吸收體所包含的單元總數(shù)。同理，射線束的組成由某個面（單元）開始，加上此面單元的臨近面，直到面單元數(shù)目達到每個設(shè)定的射線束所包含的面單元總數(shù)。對于每個射線束與輻射吸收體，分別計算其入射輻射通量，與（能量方程中的）體積源相。這些量值被分配到射線束與輻射吸收體所包含內(nèi)的每個單元，據(jù)此來計算壁面與（計算控制）單元的溫度。由于輻射源相的高度非線性（），用戶必須仔細計算表面束與吸收體的溫度以及輻射通量和源相在組成這些束（體）的各個單元之間的分配。表面束與吸收體的溫度是通過對面積的加權(quán)平均得到的：（11.3.4

57、）（11.3.5）其中，分別為表面束與吸收體的溫度；分別為某個表面（單元）的面積與溫度；分別為某個計算單元的面積與溫度。求和是對射線束和吸收體內(nèi)的所有單元進行的。DTRM輻射模型中壁面邊界條件的處理對緊靠壁面一點的輻射強度積分就得到入射輻射熱流：（11.3.6）其中，為半球立體角，為入射射線的輻射強度，為射線方向，為表面的法線方向（指向外）。表面的凈（出射）輻射熱流就等于入射輻射加上對入射輻射的反射和表面的自身輻射：（11.3.7）其中，為表面P點的壁面溫度，為由用戶作為邊界條件設(shè)定的壁面發(fā)射率（黑度）。方城11.3.7也同時給出了從P點發(fā)出的輻射射線的輻射強度的邊界條件：（11.3.8）DT

58、RM模型在流動入口與出口的邊界條件處理在流動入口與出口，凈輻射熱流的計算方法與上述的方法相同。除非用戶更改設(shè)定，F(xiàn)LUENT假定在入（出）口的黑度均為1.0（絕對黑體）。FLUENT中，對于流動的入（出）口，用戶可以對輻射與對流設(shè)定不同的溫度值。在入（出）口的外部區(qū)域的溫度與內(nèi)部區(qū)域的溫度相差很大時，這種處理方法非常有用。細節(jié)請參閱11.3.16節(jié)。11.3.4P-1輻射模型P-1輻射模型是P-N模型中最簡單的類型。P-N模型的出發(fā)點是把輻射強度展開成為正交的球諧函數(shù)（正交序列級數(shù)，HYPERLINKD:新建文件夾HELPhtmlugnode1177.htmlcheng35,HYPERLINK

59、D:新建文件夾HELPhtmlugnode1177.htmlsiegel210）。本節(jié)詳細介紹P-1輻射模型所使用的各個方程。P-1輻射模型方程正如上文所說，P-1輻射模型是P-N模型中最簡單的類型。如果只取正交球諧函數(shù)的前四項，對于輻射熱流，我們能得到如下的方程：（11.3.9）其中，為吸收系數(shù)，為散射系數(shù)，為入射輻射，為線性各相異性相位函數(shù)系數(shù)（linear-anisotropicphasefunction，請參閱下面的介紹），引入?yún)?shù)：（11.3.10）之后，方程11.3.9可化為：（11.3.11）的輸運方程為：（11.3.12）其中，為斯蒂芬玻爾茲曼常數(shù)，為用戶定義的輻射源相。使用P

60、1模型時，F(xiàn)LUENT求解這個方程以得到當(dāng)?shù)剌椛鋸姸?。合并方?1.3-11和11.3-12，可得到如下方程：（11.3.13）的表達式可以直接帶入能量方程，從而得到由于輻射所引起的熱量源（匯）。各相異性散射P1模型可以模擬各相異性散射問題。FLUENT使用一個線性各相異性散射相位函數(shù)來模擬這種各相異性散射問題：（11.3.14）其中，為散射方向的單位向量；為入射輻射方向的單位向量，為線性各相異性散射相位函數(shù)常數(shù)，此常數(shù)為流體的物性參數(shù)。的取值范圍是-1.01.0。若為正值，則表明向前的散射輻射量大于向后的散射輻射量；若為負值，則表明向后的散射輻射量大于向前的散射輻射量；若為零（FLUENT的