計算流體力學cfd模擬對冰柜空氣流動傳熱綜述(編輯修改稿)
2024-10-05 10:36 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 (18) 雙流體模型除了上述的湍流模型外，在計算流體力學（CFD）中還有一個比較常見的模型就是雙流體模型，在這個模型中兩種流體遵循各自的控制微分方程，兩種流體間存在質(zhì)量、動量和能量的相互作用，雙流體模型的控制方程如下：雙流體模型的通用方程[9]：??tρnrn?n+??xjρnrnunj?n=??xjrnΓ?n??n?xj+??xj?nD?n?rk?xj+S?n+I?n (19)其中，下標n指示的是流體的種類，n=1,2；下標中的i,j指的是空間坐標；?是因變量，取1時，表示的是連續(xù)性方程，取速度、溫度時，則表示的是動量方程和能量方程，下面將給出湍流流體和非湍流流體的控制方程[9]：表1 湍流流體的控制方程組方程?nΓ?nD?nS?nI?n連續(xù)10Γr0m動量u1tμeΓ1??xjμer1?u1j?xir1?p?xi+FBu2imFi能量t1μeσtΓ10t2mQcp湍流動能KμeσkΓ1Gρ1r1ε0湍流動能擴散率εμeσεΓ1εc1Gc2ρ1r1εk0上表中：μe=μ+μt， μt=cμρk2 εΓ1=μeσr， Γ2=μσrΓr=Γ1r2+Γ2r1， FB=ρ2ρ1r2gG=μt?u1i?xj?u1i?xj+?u1j?xi， l=k32ε上式中的其他的常數(shù)取值：cμ=，c1=，c2=，σk=，σt=，σt=表2 非湍流流體的控制方程組方程?nΓ?nD?nS?nI?n連續(xù)10Γr0m動量u2tμΓ2??xjμr2?u2j?xir2?p?xiu2im+Fi能量t2μσtΓ20t2m+Qcp雙流體模型中兩流體之間還存在著質(zhì)量、動量和能量的相互作用，下面就介紹雙流體模型中兩流體的動量和能量交換的一般關(guān)系式：Fi=cfρ1r1r2u1iu2iu1u2l (20)Q=ctcpρ1r1r2t1t2l (21)但是對于質(zhì)量傳遞還沒有統(tǒng)一的觀點，有人認為只能是非湍流流體轉(zhuǎn)化為湍流流體，所以m總是正的，另外一些人則認為湍流流體也可以轉(zhuǎn)化成非湍流流體，所以m也可以是負值，所以在一些研究中就提出了以一個中間值作為兩流體的質(zhì)量轉(zhuǎn)化率，就采用了算術(shù)平均值：m=cm1ρ1r1r2u1u2l+cm2ρ1r1r2 (22)CFD模擬的應用隨著計算機技術(shù)的迅猛發(fā)展，計算流體力學已經(jīng)發(fā)展的比較成熟，各種不同的CFD軟件包已經(jīng)陸陸續(xù)續(xù)出現(xiàn)，并且被工程界廣泛接受，如航空、航天、船舶、水利、化工、冶金等領(lǐng)域中都可以見到CFD模擬的應用。CFD的工程應用主要得益于Spalding和Patankar在20世紀70年代提出的SIMPLE算法[9]，這一算法被廣泛的應用于熱流問題的求解中，解決了工程人員難以讀懂科研人員編寫的程序和參數(shù)設(shè)置程序修改的問題，方便了工程人員對CFD軟件的使用。比較著名的CFD軟件有如下：Fluent(市場占有率最高)，PHOENICS(價格低廉)還有CFX等。CFD中的不同流動模型也被廣泛的應用到了科學研究中，幫助人們了解流體流動過程中的流動情況和幫助人們設(shè)計出更好更為經(jīng)濟實用的產(chǎn)品。CFD方法與傳統(tǒng)實驗方法和純理論研究相比，被視作是流體力學史上的一次革命，自上世紀八十年代之后，CFD模擬方法得到了逐步的發(fā)展，使得CFD模擬方法和實驗方法、純理論形成了三足鼎立之勢。（如圖1）當然CFD模擬本身也存在缺陷，如果一個過程在物理和數(shù)學上沒有很好的模型、控制方程去描述這一過程的話，那么CFD對這一過程的模擬就不是很準確，有兩個普遍的例子，一個是湍流流動，還有一個就是化學反應流動，因為通常來說，化學反應的速率機理和速率常數(shù)都不準確。下面將介紹一下CFD軟件中的Fluent的特點[10]，F(xiàn)luent軟件的網(wǎng)格具有很強的靈活性，用戶可以選擇結(jié)構(gòu)網(wǎng)格和非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格，二維有三角形或四邊形網(wǎng)格，三維網(wǎng)格有四面體網(wǎng)格、六面體網(wǎng)格和金字塔形網(wǎng)格，F(xiàn)luent有專業(yè)的前處理軟件——gambit軟件，它可以將結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格和非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格結(jié)合使用。當前處理完成后，將mesh文件導入Fluent軟件中，F(xiàn)luent采用有限體積積分偏微分的控制方程，在將網(wǎng)格模型導入以
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