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用UDS求解换热方程(第一类边界条件,附代码)

1年前浏览5481

1 引言

    本案例将详细讲解如何用UDS求解换热问题,当然了,FLUENT打开能量模型自然就可以求解换热问题了。另外,本案例讨论的换热问题为非流固耦合换热,即计算域只有流体。本案例的宗旨在于进一步学习UDS求解变量的方法。

    FLUENT UDS通用方程如下:

      (默认)                        (1-1)

    对流换热能量守恒方程如下:

                                   (1-2)

    边界条件:

    恒温边界(第一类边界条件):                       (1-3)

    恒热流密度边界(第二类边界条件):   ( 1-4)

    对流换热边界(第三类边界条件):   (1-5)

2 问题分析

    分别对纯导热问题和对流换热问题进行计算,边界条件取第一类。

2.1 纯导热问题

    以不可压缩二维稳态无源纯导热问题为例,如图1所示,一个1×0.1m2的方形平面空间,上下面以及左边为恒温壁面(21℃),右边温度60℃。为方便问题分析,内部介质的导热系数取1W/m℃,此时只需要在Equations中关闭流动相关方程即可。不可压缩二维稳态无源纯导热方程如式2-1,与通用UDS方程对比可知,没有时间项,没有对流项,没有源项,扩散系数为 。对于湍流流动,扩散系数不是这个。对于第一类边界条件问题,扩散系数可以为1,即导热方程进行约分简化,也就是说,对于所有边界温度都已知的情况,导热系数对于温度分布没有影响)。因此,只需要在材料中设置扩散系数为1即可。

                                                              (2-1)

图1 问题描述

采用FLUENT软件自带能量方程及边界条件直接进行计算,温度结果如图2所示,采用UDS计算的温度结果如图3所示(边界条件为第一类,用Specified Value),可以看出,计算结果几乎完全一样。

图2 FLUENT软件自带能量方程及边界条件计算结果

图3 UDS计算结果

 

中心温度分布线

2.2 对流换热问题

    同样采用以上的计算域,考虑对流换热。不可压缩二维稳态无源对流换热方程如式2-2,与通用UDS方程对比可知,没有时间项,没有源项,扩散系数为(UDF编写),对流项为标准质量流率,也可以用DEFINE_UDS_FLUX函数自定义(代码见附录)

                                               (2-2)

    采用标准k-e模型。

    边界条件:入口速度2m/s,温度60℃,UDS值60(Specified Value);

    上下壁面:wall,温度21摄氏度,UDS值21(Specified Value);

    出口:outflow,UDS值0(Specified Flux);(假定流动充分发展,流动方向上的梯度为0,详见数值传热学P232)

    采用FLUENT软件自带边界条件直接进行计算,结果如图4所示,采用UDS计算的温度结果如图5所示。中心区域的温度分布线如图6。可以看出,温度分布几乎一致,但从中心线温度分布线看,两者存在一定误差,特别是越靠近出口,误差越大。笔者认为这是因为采用标准k-e湍流模型,而UDS的扩散系数是对NS方程而言的,湍流流动的扩散系数与NS方程下的扩散系数不一样。

图4 FLUENT软件自带能量方程及边界条件计算结果

图5 UDS计算结果

 

图6 中心区域温度分布对比

参考文献:

[1]FLUENT帮助文档

[2]杨世铭,陶文铨.传热学(第4版)[M].北京:高等教育出版社

[3]陶文铨.数值传热学[M].西安:西安交通大学出版社

附录 UDF代码


























#include "udf.h"
#include "prop.h"
#include "mem.h"
DEFINE_UDS_FLUX(MyFlux,f,t,i)
{
 return F_FLUX(f,t);
}
DEFINE_DIFFUSIVITY(MyDiff,c,t,i)
{
double lamda=C_K_L(c,t); //获取导热系数
double cp=C_CP(c,t); //获取比热
return lamda/cp;
}



来源:仿真与工程
FluxUDF湍流通用材料
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
最近编辑:1年前
余花生
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