传热建模|能量方程及边界条件

导读：介绍传热的能量方程及边界条件。

• 能量源项包括由于化学反应产生的反应热
• 能量源项包括由于组分扩散产生的热量；
• 能量源项包括粘性热：    
• 流动中粘性剪切产生的热能；
• 流体中剪应力较大（例如润滑）或高速可压缩流动不可忽略；
• 粘性加热通常可以忽略不计；
• 标准是基于布林克曼数：

• 指定热通量（Neumann）；
• 指定温度（Dirichlet）；
• 指定传热系数（Robin/Fourier）。

边界条件通常代表计算域外区域的传热现象

壁面边界

• 热通量（Neumann）边界条件：当热通量分布或值是已知；
• 狄利克雷边界条件：当温度已知；
• 对流、辐射和混合边界条件用于表示对流或与域外部的辐射交换，q = f（Tw，外部环境）。    以工业炉为例，其计算域位于气体和耐火材料之间的边界处    
• 处理方法1：对耐火材料进行网格划分    
• 处理方法2：热阻方法，采用零厚壁来表示耐火层。    具体的设置方法如下：    

周期性传热

当流动和传热模式重复时，采用周期性边界条件。

• 流动方向：几何形状和边界条件在河流方向上重复、均匀热通量、恒温

• 非流动方向：无特殊要求，两个周期的热边界条件相同

• 在流向周期中，温度不是一个周期函数

• 如果温度被适当地缩放，那么缩放后的温度确实表现出周期性的行为，对于面向x方向的周期（流向）轴，其周期重复长度为L

• 流向周期的热流边界定义：

流向周期边界的限制：

• 必须使用基于压力的求解器
• 所有固定温度壁必须具有相同的值；但是，允许改变壁上的热流；
• 当使用恒温壁边界时，不能包括粘性加热效应或任何体积热源；
• 在涉及实心区域的情况下，这些区域不能跨越周期平面（因为这可能违反了上述规则之一）。
• 只有恒定的热性能，热力学和输运性质不能是温度的函数，无法模拟组分或反应流，虽然组分或反应流可以周期性地发生空间变化，但无法应用该边界。