計(jì)算流體力學(xué)cfd模擬對(duì)冰柜空氣流動(dòng)傳熱綜述-在線瀏覽
2024-11-02 10:36本頁(yè)面
【正文】 主流方向和重力方向平行，則c3=1，若主流方向和重力方向垂直，則c3=0。uj39。uj39。2+v39。2 (18) 雙流體模型除了上述的湍流模型外，在計(jì)算流體力學(xué)（CFD）中還有一個(gè)比較常見(jiàn)的模型就是雙流體模型，在這個(gè)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(dòng)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(biāo)n指示的是流體的種類(lèi)，n=1,2；下標(biāo)中的i,j指的是空間坐標(biāo)；?是因變量，取1時(shí)，表示的是連續(xù)性方程，取速度、溫度時(shí)，則表示的是動(dòng)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(dòng)量u1tμeΓ1??xjμer1?u1j?xir1?p?xi+FBu2imFi能量t1μeσtΓ10t2mQcp湍流動(dòng)能KμeσkΓ1Gρ1r1ε0湍流動(dòng)能擴(kuò)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(dòng)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(dòng)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(dòng)量和能量交換的一般關(guān)系式：Fi=cfρ1r1r2u1iu2iu1u2l (20)Q=ctcpρ1r1r2t1t2l (21)但是對(duì)于質(zhì)量傳遞還沒(méi)有統(tǒng)一的觀點(diǎn)，有人認(rèn)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(rèn)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(fù)值，所以在一些研究中就提出了以一個(gè)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(yīng)用隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，計(jì)算流體力學(xué)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(jiàn)到CFD模擬的應(yīng)用。比較著名的CFD軟件有如下：Fluent(市場(chǎng)占有率最高)，PHOENICS(價(jià)格低廉)還有CFX等。CFD方法與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方法和純理論研究相比，被視作是流體力學(xué)史上的一次革命，自上世紀(jì)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(shí)驗(yàn)方法、純理論形成了三足鼎立之勢(shì)。下面將介紹一下CFD軟件中的Fluent的特點(diǎn)[10]，F(xiàn)luent軟件的網(wǎng)格具有很強(qiáng)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(zhuān)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。圖1 CFD和純理論、純實(shí)驗(yàn)之間的關(guān)系標(biāo)準(zhǔn)的kε模型是最傳統(tǒng)的模型，也是應(yīng)用最為廣泛的模型之一，在很多領(lǐng)域都可以看到標(biāo)準(zhǔn)kε模型的應(yīng)用。在國(guó)外，Stribling等最早在冰柜模擬中應(yīng)用到了kε模型[3]，可是因?yàn)閗ε模型是把不同的流體當(dāng)成是相同的流體處理的，故存在一定的缺陷。同樣是為了解決傳統(tǒng)的湍流模型——標(biāo)準(zhǔn)kε模型中存在的問(wèn)題，國(guó)外的Moureh [12]，通過(guò)Moureh (RSM模型)能夠準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)空氣的流型、空氣流動(dòng)的速度分布和近墻壁的射流。由于湍流是一個(gè)復(fù)雜的、不確定的問(wèn)題，目前還沒(méi)有一個(gè)模型可以很好的解決湍流問(wèn)題，在研究冰柜內(nèi)流體的流動(dòng)的時(shí)候，由于冰柜整體模擬是一個(gè)十分復(fù)
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