star-ccm+中关于对流换热系数的解释

本文摘要（由AI生成）：

本文主要介绍了对流换热现象，包括对流换热系数的定义、计算方法以及参考温度的影响。文章还讨论了标准壁面函数（SWF）在计算对流换热系数中的应用，并强调了正确使用SWF和传热系数的重要性。此外，文章还讨论了不同流动条件下对流换热系数的限制，以及双向耦合的流体/体温度计算中，固体模型和流体模型之间的数据传递方案。

对流换热是指发生于运动流体和固体壁面之间的热交换现象。对流换热强度由牛顿冷却定律来确定：

qs=h(T。-Trer)(1)

式中，qs为热流密度，h为对流换热系数，T为固体壁面温度，Trer为运动流体的特征温度(参考温度)。

在上述公式中，热流密度和温差之间呈现一个简单的线性关系，但是，在真实的对流换热中，由于壁面处的流动处处不同，造成q和h在壁面的分布也不相同。更为重要的是，对流换热系数的定义必须依赖于给定的参考温度，因此，对于相同的热流密度来说，存在多种对流换热系数和参考温度的组合。

传统上，换热系数数据来源于实验。但是，边界层理论(位于表面附近的流体层，其中粘度和导热的影响占主导地位)的发展使得我们能够用分析的方法计算对流换热系数。因此，在STAR-CCM中，使用边界层理论来计算对流换热系数。因此，在 STAR-CCM+中，模拟对流换热系数的概念核心来源于标准壁面函数( standard wall！ function，SWF)，热流密度的公式为

公式中的参数解释如下：

联立公式(1)和(2)即可求得对流换热系数。对流换热系数总是与参考温度成对出现的，不能只说对流换热系数而不说明参考温度。标准壁面函数(SWF)是一组半经验函数，用于描述近壁区域(边界层)中的流动现象。该模型使用层流/湍流 Randt数、无量纲近壁面速度、湍流能量来描述T和α

在本节中，我们讨论关于准确使用SWF和上述内置后处理传热系数的建议，但重申STAR-CCM+总是使用公式(2)来求解表面局部热通量。这个表达式体现了重要的边界层概念，

用户需要遵循建议以确保其正确应用该模型。传热系数(HIC)是 STAR-CCM后处理结果，可用于与其他解决方案进行比较，可视化或导出到其他应用程序，如 ABAQUS， Nastran等。

一般来说，标准壁面函数为大多数高雷诺数、壁面流动提供了合理的计算精度，但是当流动条件与用于定义功能的理想条件不同时，它们的应用会受到限制。这些限制包括

普遍的低雷诺数或近壁效应(比如，流过小间隙或高粘度低速流体流动)。

通过墙壁大量蒸腾(例如吹/抽)。

逆压梯度导致边界层分离。

强力(例如，靠近旋转盘或浮力驱动的流动)。

●近壁处的三维流动(例如，εkman螺旋流动或强倾斜的3D边界层)

当在SIAR〔CM内部计算流体/固体的耦合换热时，不同的HTC选择不会影响最终的计算结果。但是，当使用其他软件来计算固体的温度时，不同HT℃的选择就会非常重要，将会影响计算结果。

对于双向耦合的流体/体温度计算来说，我们的建议方案是：固体模型传递给流体模型表面温度

●流体模型传递给固体模型对流换热系数和响应的参考温度

STAR CCM Orline

■单热模型：不包括相变、辐射换热

◆使用 Specified Y+ Heat transfer Coefficient和 Specified Y+ Heat transfer Reference Temperature

多热模型：流体流动+辐射+相变

◆使用 Local heat transfer coefficient和 Local Heat Transfer Reference Temperature

1)局部换热系数 Local heat transfer coefficient(LHTC)

不合理的参考温度将会造成不合理的数值对于lowy+网格来说，其结果与文献差别较大

2)设置y+值换热系数 Specified y+ Heat transfer coefficient(Sy+HTC)

●合理的y+值可以得到与文件一致的数值不需要选择参考温度

3)换热系数 Heat transfer coefficient(HTC)

危险，如果选择不合理的参考温度，可能得到负值的HTC当温度变化是，比较难以确定参考温度

4)虚拟局部换热系数 /irtual local heat transfer coefficient( VLHTC

危险，谨慎使用不与任何参考温度配对与文献的数值差别较大