FLUENT场协同角计算案例
正文共： 1775字 10图 预计阅读时间： 5分钟 1998 年我国学者过增元等对边界层型的流动进行了能量方程的分析，通过将该方程在热边界层内的积分，证明了减小速度矢量与温度梯度之间的夹角是强化对流换热的有效措施，以后这一基本思想被称之为“场协同”原理(Field synergy principle)。速度与温度梯度之间的协同越好， 在其他相同的条件下换热就越强烈；速度场与温度梯度两个矢量场的协同就意味着：①速度与温度梯度间的夹角应尽可能的小。②速度、温度梯度以及夹角余弦的局部值应该同时比较大，也即，夹角余弦大的地方，速度与温度梯度之值也应该比较大。③对于内部流动，截面上的速度分布与温度分布应尽可能的平坦(饱满)。局部协同性好的地方局部Nusselt 数就比较大[1]。 场协同角β可以根据下式进行计算[2]，注意在计算β时，若局部值大于90°，则通常取补角。在FLUENT中，计算出温度场和速度场就可以通过UDF或者用户自定义变量的方式来计算β，本案例将作演示。 本案例采用该理论最经典的带堵塞圆柱的圆管模型（如下图），其中L1=120mm，L2=19.2mm，L3=10.8mm，D=60mm，Tin=10℃，Tw=20℃，Uin=0.01m/s，H取2mm/26mm/50mm三组，以产生不同的场协同角β，采用二维轴对称模型。 由于用户自定义变量求解β时需要用到温度梯度矢量，因此需要开启温度梯度等变量，按如下方法操作。use alternate formulation for wall temperatures? [no]Save cell residuals for post-processing? [no]Keep temporary solver memory from being freed? [yes]Allow selection of all applicable discretization schemes? [no] 由于用户自定义函数UDF需要用到用户存储器，因此需要添加一个存储器，如下图。求解场协同角β的UDF代码在文末，按需索取。 为了便于结果分析，我们定义一个用户自定义矢量，即温度梯度矢量；定义一个用户变量，即温度梯度的模，作为温度梯度矢量显示的颜色（注意，本案例为二维，三维问题自行扩展到z坐标）。 我们先创建一个scene，将速度矢量、温度梯度矢量和β显示在同一张图上，这样可以直观地看出β的结果。从图中可以看出，计算结果没有问题。 我们看一下，三个模型的结果，可以看出，随着H/D增大，流体的扰动也增加，带来了更多低β值的区域，按理论讲，壁面的热流密度应该更大。 我们将三个模型的β值（体积平均）和壁面的热流密度汇总于下，可以看出，β值减小，壁面的传热热流密度越大，与理论是一致的。[1] 何雅玲, 陶文铨. 强化单相对流换热的基本机制[J].[2] Z.Y.Guo, et al. The field synergy (coordination) principle and its applications in enhancing single phase convective heat transfer[J]. 著作权归作者所有，欢迎分享，未经许可，不得转载
首次发布时间：2023-07-05
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