FLUENT学习笔记

模拟分离的两个区域内的传热如果用户的传热计算域涉及到由固体区域或某个壁面分开的两个流动区域（如图11.2.2所示），那么，就需要仔细的设定此计算模型：在任一个流动区域都不能使用outflow边界条件通过对每个计算域设定不同的流体介质，用户可以创建单独的流体介质属性（但是，对于需要组分计算的情况，用户只能对整个计算域设定一个单一的混合介质）。图表1涉及到两个彼此分离流动的典型逆流换热流动与传热的耦合计算对于流动与传热耦合问题（例如，模型中包含有依赖于温度的介质属性或浮力），在计算能量方程之前，用户可以首先求解流动方程。获得收敛的流场计算结果之后，用户可以再选择能量方程，然后同时求解流动与传热方程，最终获得问题的完整解。11.3.7多表面辐射传热模型多表面辐射传热模型可计算出在封闭（区域）内的漫灰表面之间的辐射换热。两个表面间的辐射换热量依赖于它们的尺寸、间距和方向。这种特性可以用一个被称为“角系数（视系数）”的几何量来度量。多表面辐射传热模型的主要假定是忽略了所有的辐射吸收、发射和散射，因此，模型中仅考虑表面之间的辐射传热。漫灰辐射FLUENT中的多表面辐射换热模型假定辐射面均为漫灰表面。灰表面的辐射发射和吸收与波长无关。同时，由基尔霍夫定律[161]可知，（热平衡时）物体的辐射发射率等于其对黑体辐射的吸收比（）。对于漫反射表面，其反射率与入射方向以及反射方向无关。FLUENT中使用的就是漫灰表面模型。另外，正如前文所述，对于我们所感兴趣的量来说，表面之间的辐射换热量实际上并不受到隔开这些表面的介质的影响。这样，由灰体假设，如果表面接受到一定的入射辐射（E），那么，一部分被反射（E），部分被吸收（E），剩余的则穿过表面物体(E)。对于具体问题中遇到的多数表面，其对热辐射（红外谱段）是不可穿透的，因此，可以认为这些表面是非透明的。所以，我们可以忽略掉辐射的穿透率。从能量守恒有，1，又由于（发射率、黑度），因此1！！辐射模型只能使用分离式求解器。一旦激活辐射模型之后，每轮迭代过程中能量方程的求解计算就会包含有辐射热流。若在设定问题时激活了辐射模型，而又希望将它禁止掉，那么，用户必须在RadiationModel面板中选定Off选项。另外，若用户激活了辐射模型，FLUENT就会自动激活能量方程的计算，而不需要用户再单独回头去激活能量方程。11.3.12表面辐射模型中角系数的计算与数据读取当选定SurfacetoSurface(S2S)模型时，RadiationModel面板就会扩展（图11.3.12）。在此面板中，用户可以计算相应的角系数或读取先前计算好的角系数到FLUENT中。图表2辐射模型面板（S2S模型）当有大量辐射面时，S2S辐射模型的计算量很大。为了减少计算量与存储需求，可通过创建辐射面（束）来减少需要计算的辐射面数量。表面（束）的相关信息（节点的坐标与连接信息、表面束的标识）可用来计算相应面（束）的角系数。！！一旦网格发生如下的更改，射线文件必须重新创建：改变边界区类型调整或重新排序网格（矩阵）缩放网格将2D问题更改为轴对称问题或者相反的过程需要注意的是在壳体（壁面）的热传导无论激活与否，用户都不需要重新计算角系数。关于壳体（壁面）的热传导请参阅6.13.1节。角系数计算FLUENT可以在当前工作阶段（session）计算角系数并加以存储至文件中，已备当前户随后的工作阶段使用。用户可以将表面束信息和角系数计算参数存储于文件中，在FLUENT之外计算角系数，然后将计算结果读入FLUENT。下面介绍这种角系数计算方法。！！对于网格数量巨大和复杂几何模型，推荐使用在FLUENT之外角系数，然后在开始计算模拟之前把角系数读入FLUENT。在FLUENT中计算角系数若在当前FLUENT工作阶段计算角系数，用户应首先在theViewFactorandClusterParameterspanel面板中设定角系数计算参数（细节如下）。设定完角系数与表面束参数后，在RadiationModelpanel.面板中的Methods选项下点击Compute/Write...按钮。弹出一个SelectFile对话框，提示用户给定用于存储表面束和角系数信息文件的名称。给定文件名之后，FLUENT将把表面束信息写入文件中。FLUENT将用表面束信息来计算角系数，并把结果写入同名文件中，然后，自动从文件中读取角系数。在FLUENT之外计算角系数为了要在FLUENT之外计算角系数，用户必须将表面束信息和角系数参数存储与文件中。FileWriteSurfaceClusters...FLUENT将打开ViewFactorandClusterParameterspanel面板，在此面板中，用户可以设定角系数和表面束计算参数（细节见下）。在ViewFactorandClusterParameters面板中点击OK按钮之后，弹出一个SelectFile对话框，提示用户给定用于存储表面束和角系数信息文件的名称。给定文件名之后，FLUENT将把表面束信息写入文件中。若给定的文件名以结尾，相应的文件压缩命令就会进行（关于文件压缩请参阅3.1.5节）。为了在FLUENT之外计算角系数，可输入下列的任一命令行：对于串行计算机：utilityviewfacinputfile其中，inputfile为用户使用FLUENT存储表面束信息和角系数参数的文件名或者是全路径文件名。用户可以把角系数读入FLUENT，入下面所述。对于网络并行处理计算机：utilityviewfac-p-tn-cnf=host1,host2,,hostninputfile其中，n为计算结点总数，host1,host2,为相应用到的机器名（节点）。！！需要注意的是host1必须是主节点机。对于多处理器的并行处理计算机：utilityviewfac-tninputfile！！需要注意的是，对于使用n个处理器（节点）的并行处理计算机，问题被复制到每个处理器上。例如，如果对于单CPU，角系数的计算需要100MB的RAM进行存储，那么，在个处理器上，它总共需要100XnMB的RAM进行存储和计算。把角系数读入FLUENT中在角系数计算完成（在FLUENT之内和之外）并存于文件之后，用户就可以把结果读入FLUENT中。要读取角系数，可在RadiationModelpanel面板中的Methods选项下点击Read按钮，弹出一个SelectFile对话框，提示用户给定用于存储表面束和角系数信息文件的名称。用户也可以通过File/Read/ViewFactors...菜单项手动来给定角系数文件。设定角系数和表面束参数用户可以使用ViewFactorandClusterParameters面板（图11.3.13）来为S2S模型设定角系数和表面束参数。为了打开此面板，可在RadiationModelpanel面板中的Parameters选项下点击Set...按钮或者是使用File/Write/SurfaceClusters...菜单项。图表3角系数与表面束参数设定面板控制表面束用户在FacesPerSurfaceCluster下的输入将决定辐射面的数量。缺省情况下，其值为1。因此，表面束的数目将等于边界面（单元）的数目。对于2D问题，这个数量是可接受的。对于大规模问题，用户可能会希望减少表面束的数目。从而减少角系数文件的大小和对内存的需求。但是，表面束的减少是以牺牲计算精度为代价的（关于表面束的细节请参阅11.3.7节）。某些情况下，为了控制表面束的分割质量，用户可能希望修改单一表面束内的相邻单元之间的夹角－分割角（cutoffor``split''angle）。此分割角确定了相邻单元组成同一表面束的标准。分割角越小，角系数的代表性就越好。缺省情况下。此分割角（相邻单元法向夹角）小于200。为了修改此数值，用户可使用split-angle文本行命令：definemodelsradiations2s-parameterssplit-angle或者是：filewrite-surface-clusterssplit-angle设定表面对之间的方向角系数的计算依赖于两个表面（对）之间的几何方位。在表面对的检查中可能存在两种情况：两个表面之间没有阻碍物，他们被称为非阻碍面（``non-blocking''）。若有其它表面阻碍了两个表面之间的视线，他们被称为被阻碍面（``blocking''）。这种阻挡会改变两个面之间的角系数数值，因此需要在进行另外的计算以获得正确的角系数数值。对于有阻碍面的情况，在ViewFactorandClusterParameters面板中的Surfaces选项下选定Blocking；对于非阻碍面，用户既可以选择Blocking也可以选择Nonblocking，而这都不影响计算精度。但是，这种情况下最好是选择Nonblocking，因为这个选项所花费的计算时间更少。选择（角系数）光顺（Smoothing）方法为了强制使角系数遵从倒易关系和守恒特性（11.3.7节），可以对角系数矩阵实行光顺处理。为了使用最小二乘法来光顺角系数矩阵，在ViewFactorandClusterParameters面板中的Smoothing选项下选定LeastSquare。若不想对角系数矩阵进行光顺处理，可以在Smoothing选项下选定None。选择角系数计算方法FLUENTR提供两种计算角系数的方法：半球方法（hemicubemethod，单位球法）和自适应方法（adaptivemethod）。单位球法仅适用于２D情况。角系数的自适应计算方法是基于某对面，计算过程中，可根据面之间的接近程度而分别使用不同的代数方法（分析法或高斯积分法）。为了保证计算精度，两个面月接近，那么，积分阶次就越高。对于彼此非常靠近的表面，则使用分析方法。FLUENT通过面之间的可视程度（可视性）来确定所使用的方法。若某个表面发出恶的射线不被另外的面说阻挡，就使用高斯积分方法；若一部分射线被阻挡，那么，就使用蒙特卡罗积分方法或者是准蒙塔卡罗积分方法。若要使用自适应方法来计算角系数，在ViewFactorandClusterParameters面板中选择Adaptive选项。对于简单的几何模型，推荐使用自适应方法，因为对于此类几何体，自适应方法比单位球法要快。单位球法使用对面积的微分方法，并且是基于“行”（把辐射面分割成一个个条带）的计算方法。对有微分计算得到的角系数求和就得到了整个表面的角系数。这种方法起源于计算图形学中辐照强度（光学中的亮度）的计算[40].。若要使用单位球法计算角系数，在ViewFactorandClusterParameterspanel面板中选定Hemicube选项。对于大型复杂几何体，推荐使用此方法。这是因为对于此类几何体，单位球法的计算速度更快。单位球法是基于表面几何特性的三个假设：重叠性、可视性和接近性。为了检验这三种假设，用户可以设定用以提高角系数计算精度的三个（单位球法）参数。多数情况下，缺省的设置是足够精确的。重叠性――通过对半球面的有限分解，用户可以精确得到每个可视面在半球面上的投影面积。如上文所述，辐射表面均会投影到半球面上。因为半球面只是作有限分解（展开），投影后的面积和角系数可能会被过高／低估计。通过增加HemicubeParameters属性框下的Resolution文本框的数值，重叠性的影响可以被减弱。可视性――任意两个表面间的可视性不会发生变化。在某些情况下，表面i可从表面k（的几何中心）完全看到，但另外某个表面j阻碍了从i看到表面k。此种情况下，单位球法将过高估计表面i与k之间的角系数（从表面i的几何中心）。这种误差可以通过对表面i进行细分而减小。用户可以在HemicubeParameters属性框下的Subdivision文本框中输入数值来设定细分面的数目。接近性――相对于辐射面的有效直径，表面之间的距离很大。当对比于表面的有效直