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16页模拟分离的两个区域内的传热如果用户的传热计算域涉及到由固体区域或某个壁面分开的两个流动区域(如图 11.2.2 所示) ,那么,就需要仔细的设定此计算模型: 在任一个流动区域都不能使用 outflow 边界条件 通过对每个计算域设定不同的流体介质,用户可以创建单独的流体介质属性(但是,对于需要组分计算的情况,用户只能对整个计算域设定一个单一的混合介质) 图表 1 涉及到两个彼此分离流动的典型逆流换热流动与传热的耦合计算对于流动与传热耦合问题(例如,模型中包含有依赖于温度的介质属性或浮力) ,在计算能量方程之前,用户可以首先求解流动方程获得收敛的流场计算结果之后,用户可以再选择能量方程,然后同时求解流动与传热方程,最终获得问题的完整解11.3.7 多表面辐射传热模型多表面辐射传热模型可计算出在封闭(区域)内的漫灰表面之间的辐射换热两个表面间的辐射换热量依赖于它们的尺寸、间距和方向这种特性可以用一个被称为“角系数(视系数) ”的几何量来度量多表面辐射传热模型的主要假定是忽略了所有的辐射吸收、发射和散射,因此,模型中仅考虑表面之间的辐射传热漫灰辐射FLUENT 中的多表面辐射换热模型假定辐射面均为漫灰表面。
灰表面的辐射发射和吸收与波长无关同时,由基尔霍夫定律[ 161]可知, (热平衡时)物体的辐射发射率等于其对黑体辐射的吸收比( ) 对于漫反射表面,其反射率与入射方向以及反射方向无关FLUENT 中使用的就是漫灰表面模型另外,正如前文所述,对于我们所感兴趣的量来说,表面之间的辐射换热量实际上并不受到隔开这些表面的介质的影响这样,由灰体假设,如果表面接受到一定的入射辐射( ) ,那么,一部分被反射( ) ,部分被吸收( ) ,EEE剩余的则穿过表面物体( )对于具体问题中遇到的多数表面,其对热辐射(红外谱段)是不可穿透的,因此,可以认为这些表面是非透明的所以,我们可以忽略掉辐射的穿透率从能量守恒有, ,又由于 (发射率、黑度) ,因此11!!辐射模型只能使用分离式求解器一旦激活辐射模型之后,每轮迭代过程中能量方程的求解计算就会包含有辐射热流若在设定问题时激活了辐射模型,而又希望将它禁止掉,那么,用户必须在 Radiation Model面板中选定 Off 选项另外,若用户激活了辐射模型,FLUENT 就会自动激活能量方程的计算,而不需要用户再单独回头去激活能量方程。
11.3.12 表面辐射模型中角系数的计算与数据读取当选定 Surface to Surface (S2S)模型时,Radiation Model 面板就会扩展(图 11.3.12) 在此面板中,用户可以计算相应的角系数或读取先前计算好的角系数到 FLUENT 中图表 2 辐射模型面板(S2S 模型)当有大量辐射面时,S2S 辐射模型的计算量很大为了减少计算量与存储需求,可通过创建辐射面(束)来减少需要计算的辐射面数量表面(束)的相关信息(节点的坐标与连接信息、表面束的标识)可用来计算相应 面(束)的角系数一旦网格发生如下的更改,射线文件必须重新创建: 改变边界区类型 调整或重新排序网格(矩阵) 缩放网格 将 2D 问题更改为轴对称问题或者相反的过程需要注意的是在壳体(壁面)的热传导无论激活与否,用户都不需要重新计算角系数关于壳体(壁面)的热传导请参阅 6.13.1 节角系数计算FLUENT 可以在当前工作阶段(session)计算角系数并加以存储至文件中,已备当前户随后的工作阶段使用用户可以将表面束信息和角系数计算参数存储于文件中,在 FLUENT 之外计算角系数,然后将计算结果读入 FLUENT。
下面介绍这种角系数计算方法对于网格数量巨大和复杂几何模型,推荐使用在 FLUENT 之外角系数,然后在开始计算模拟之前把角系数读入 FLUENT在 FLUENT 中计算角系数若在当前 FLUENT 工作阶段计算角系数,用户应首先在 the View Factor and Cluster Parameters panel 面板中设定角系数计算参数(细节如下) 设定完角系数与表面束参数后,在 Radiation Model panel.面板中的 Methods 选项下点击 Compute/Write...按钮弹出一个Select File 对话框,提示用户给定用于存储表面束和角系数信息文件的名称给定文件名之后,FLUENT 将把表面束信息写入文件中FLUENT 将用表面束信息来计算角系数,并把结果写入同名文件中,然后,自动从文件中读取角系数在 FLUENT 之外计算角系数为了要在 FLUENT 之外计算角系数,用户必须将表面束信息和角系数参数存储与文件中File Write Surface Clusters... FLUENT 将打开 View Factor and Cluster Parameters panel 面板,在此面板中,用户可以设定角系数和表面束计算参数(细节见下) 。
在 View Factor and Cluster Parameters 面板中点击 OK 按钮之后,弹出一个 Select File 对话框,提示用户给定用于存储表面束和角系数信息文件的名称给定文件名之后,FLUENT 将把表面束信息写入文件中若给定的文件名以结尾,相应的文件压缩命令就会进行(关于文件压缩请参阅 3.1.5 节) 为了在 FLUENT 之外计算角系数,可输入下列的任一命令行: 对于串行计算机:utility viewfac inputfile其中,inputfile 为用户使用 FLUENT 存储表面束信息和角系数参数的文件名或者是全路径文件名用户可以把角系数读入 FLUENT,入下面所述 对于网络并行处理计算机:utility viewfac -p -t n -cnf= host1,host2, ,host n inputfile其中,n 为计算结点总数,host1,host2, 为相应用到的机器名(节点) 需要注意的是 host1 必须是主节点机 对于多处理器的并行处理计算机:utility viewfac -t n inputfile!!需要注意的是,对于使用 n 个处理器(节点)的并行处理计算机,问题被复制到每个处理器上。
例如,如果对于单 CPU,角系数的计算需要 100MB 的 RAM 进行存储,那么,在个处理器上,它总共需要 100X n MB 的 RAM 进行存储和计算把角系数读入 FLUENT 中在角系数计算完成(在 FLUENT 之内和之外)并存于文件之后,用户就可以把结果读入FLUENT 中要读取角系数,可在 Radiation Model panel 面板中的 Methods 选项下点击Read 按钮,弹出一个 Select File 对话框,提示用户给定用于存储表面束和角系数信息文件的名称用户也可以通过 File/Read/View Factors...菜单项手动来给定角系数文件设定角系数和表面束参数用户可以使用 View Factor and Cluster Parameters 面板(图 11.3.13)来为 S2S 模型设定角系数和表面束参数为了打开此面板,可在 Radiation Model panel 面板中的 Parameters选项下点击 Set...按钮或者是使用 File/Write/Surface Clusters...菜单项图表 3 角系数与表面束参数设定面板控制表面束用户在 Faces Per Surface Cluster 下的输入将决定辐射面的数量。
缺省情况下,其值为 1因此,表面束的数目将等于边界面(单元)的数目对于 2D 问题,这个数量是可接受的对于大规模问题,用户可能会希望减少表面束的数目从而减少角系数文件的大小和对内存的需求但是,表面束的减少是以牺牲计算精度为代价的(关于表面束的细节请参阅11.3.7 节) 某些情况下,为了控制表面束的分割质量,用户可能希望修改单一表面束内的相邻单元之间的夹角-分割角(cutoff or ``split'' angle) 此分割角确定了相邻单元组成同一表面束的标准分割角越小,角系数的代表性就越好缺省情况下此分割角(相邻单元法向夹角)小于 200为了修改此数值,用户可使用 split-angle 文本行命令:define models radiation s2s-parameters split-angle或者是:file write-surface-clusters split-angle 设定表面对之间的方向角系数的计算依赖于两个表面(对)之间的几何方位在表面对的检查中可能存在两种情况: 两个表面之间没有阻碍物,他们被称为非阻碍面(``non-blocking'') 若有其它表面阻碍了两个表面之间的视线,他们被称为被阻碍面(``blocking'') 。
这种阻挡会改变两个面之间的角系数数值,因此需要在进行另外的计算以获得正确的角系数数值对于有阻碍面的情况,在 View Factor and Cluster Parameters 面板中的 Surfaces 选项下选定 Blocking;对于非阻碍面,用户既可以选择 Blocking 也可以选择 Nonblocking,而这都不影响计算精度但是,这种情况下最好是选择 Nonblocking,因为这个选项所花费的计算时间更少选择(角系数)光顺(Smoothing)方法为了强制使角系数遵从倒易关系和守恒特性(11.3.7 节) ,可以对角系数矩阵实行光顺处理为了使用最小二乘法来光顺角系数矩阵,在 View Factor and Cluster Parameters 面板中的Smoothing 选项下选定 Least Square若不想对角系数矩阵进行光顺处理,可以在Smoothing 选项下选定 None选择角系数计算方法FLUENTR 提供两种计算角系数的方法:半球方法(hemicube method,单位球法)和自适应方法(adaptive method ) 单位球法仅适用于2D 情况角系数的自适应计算方法是基于某对面,计算过程中,可根据面之间的接近程度而分别使用不同的代数方法(分析法或高斯积分法) 。
为了保证计算精度,两个面月接近,那么,积分阶次就越高对于彼此非常靠近的表面,则使用分析方法FLUENT 通过面之间的可视程度(可视性)来确定所使用的方法若某个表面发出恶的射线不被另外的面说阻挡,就使用高斯积分方法;若一部分射线被阻挡,那么,就使用蒙特卡罗积分方法或者是准蒙塔卡罗积分方法若要使用自适应方法来计算角系数,在 View Factor and Cluster Parameters 面板中选择Adaptive 选项对于简单的几何模型,推荐使用自适应方法,因为对于此类几何体,自适应方法比单位球法要快单位球法使用对面积的微分方法,并且是基于“行” (把辐射面分割成一个个条带)的计算方法对有微分计算得到的角系数求和就得到了整个表面的角系数这种方法起源于计算图形学中辐照强度(光学中的亮度)的计算[ 40]. 若要使用单位球法计算角系数,在 View Factor and Cluster Parameters panel 面板中选定Hemicube 选项对于大型复杂几何体,推荐使用此方法这是因为对于此类几何体,单位球法的计算速度更快单位球法是基于表面几何特性的三个假设:重叠性、可视性和接近性。
为了检验这三种假设,用户可以设定用以提高角系数计算精度的三个(单位球法)参数多数情况下,缺省的设置是足够精确的 重叠性――通过对半球面的有限分解,用户可以精确得到每个可视面在半球面上的投影面积如上文所述,辐射表面均会投影到半球面上因为半球面只是作有限分解(展开) ,投影。












