自然对流换热的热仿真要点

自然对流换热一般残差收敛较慢，如何提搞收敛速度和仿真精确度。如下：

•       在操作条件面板中定义重力

•       在材料面板中选择与温度相关的密度模型

最常用的选项是Boussinesq (适用于小 DT) 和  incompressible ideal gas (任意DT)

对于大温差（ DT ）的液体，使用 piecewiselinear 或 polynomial形式输入材料参数

•       如果使用Boussinesq，设置操作温度

–      操作密度被忽略

•       如果使用其它密度模型，设置操作密度

–      操作温度被忽略

–      强烈建议将密度指定为外界温度对应的密度值

对于开放区域的自然对流

•       参考密度， r_o  在操作条件界面设置。

–      强烈建议： r_o = 环境密度

•       如果计算区域包含连接到相同外部环境的压力入口和出口， r_o 应设置为环境密度，入口和出口的压力定义为为0 Pa

腔内的自然对流

•       在腔内r_o的选择可以是任意的，但对收敛性有影响

适定问题

• ro 设置为空腔中部的值

• 靠近热壁时，浮力项向上，而在冷壁时，浮力项向下

• 这将确保一开始的流场就是正确的，并容易收敛

• 

非适定问题

•          r_o 值太大(相当于比冷壁温度低的温度)

•          因此源项产生：

– 在热壁面一个非常高的向上的力

– 作用在冷壁面上一个较小但仍然向上的力

•          当收敛时(如果有的话!)流场应该与上图情况相同，但收敛将是很困难的

自然对流 – Boussinesq 模型

•          在密度变化很小的情况下，可以进行简化

•          回想一下，求解器必须计算速度、温度和压力

•          不是引入另一个变量，密度(这增加了额外的未知量，从而增大计算工作)，而是为流体密度选择Boussinesq

请记住输入正确的密度值，不要留下0

滚动到属性列表底部，输入热膨胀系数b的值

o  也不要让这个值为0

o  值可以在标准工程文本中找到

•          操作温度的值在操作条件面板中设置

o  此值仅在选择“boussinesq”作为密度时使用

要诀和技巧

•          注意操作密度：

–    空腔的平均密度(T_o= Boussinesq模型的中值温度)

–    有压力进出口设为环境密度(Tref= Boussinesq模型的环境温度)

•          使用PRESTO 和 Body Force Weighted 压力插值格式

•          浮力分层流使用 k-epsilon 模型