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传热建模|能量方程及边界条件

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导读:介绍传热的能量方程及边界条件。


能量方程      
     
     
     

 
  • 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:
边界条件      
     

     

热边界条件一般有三种类型:
  • 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。    


来源:BB学长
化学UM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:2024-01-13
最近编辑:9月前
BB学长
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