本案例利用Fluent计算密闭空腔内有介质参与下的辐射换热问题。

P.D. Clausen, S.G. Koh, D.H. Wood. “Measurements of a Swirling Turbulent Boundary Layer Developing in a Conical Diffuser.” Experimental Thermal and Fluid Science. Vol. 6, pg. 39-48, 1993

1 问题描述

本例计算模型如下图所示。封闭容器中考虑热传导及热辐射作用，计算并验证腔体内温度分布。

计算条件包括：

• 材料参数

• 导热率： 1 W/m-K

• 散射系数： 0.5/m

• 几何模型

• 腔体边长： 10 m x 2 m

• 边界条件

• 热壁面温度： 100 K

• 冷壁面温度： 100 K

采用稳态计算，利用DO辐射模型考虑热辐射。

2 Fluent设置

• 以2D、Double Precision模式启动Fluent

2.1 General设置

• 鼠标双击模型树节点General，右侧面板采用默认设置

2.2 Models设置

• 右键选择模型树节点Models > Energy，选择弹出菜单项On激活能量方程

• 鼠标双击模型树节点Models > Radiation弹出辐射模型设置对话框

• 激活选项Discrete Ordinates（DO）激活DO模型

• 设置Energy Iterations per Radiation Iteration为10

• 设置Angular Discretization中的各参数为5

• 其他参数保持默认设置

注：Angular Discretization参数用于设置分辨率，通常可取值3~5，取值越大分辨率越高，但相应的计算开销也越大。

2.3 Materials设置

• 鼠标双击模型树节点Materials > Fluid > air弹出材料属性设置对话框

• 如下图所示，设置材料参数，点击按钮Change/Create修改参数

注：DO模型可以通过设置材料的吸收系数、散射系数、散射相函数以及折射率等参数来考虑流体介质对辐射的影响。本案例未考虑介质材料对辐射的吸收与折射。

2.4 Boundary Conditions

1、hot_wall边界

• 鼠标双击模型树节点Boundary Conditions > hot_wall弹出设置对话框

• Thermal标签页激活选项Temperature

• 设置Total Temperature为 200 k，设置Internal Emissivity为1，其他参数保持默认设置

注：设置Internal Emissivity为1，表示该边界的全部热量全部通过辐射与环境交换

2、cold_wall边界

• 鼠标双击模型树节点Boundary Conditions >cold_wall弹出设置对话框

• Thermal标签页激活选项Temperature

• 设置Total Temperature为 100 k，设置Internal Emissivity为1，其他参数保持默认设置

• 其他边界保持默认设置

2.6 Methods

• 鼠标双击模型树节点Methods，右侧面板如下图所示进行设置

2.7 Controls

• 鼠标双击模型树节点Controls，右侧面板如下图所示进行设置

• 

• 点击按钮Equations…，弹出设置对话框，取消选择列表项Flow，如下图所示。

2.8 Monitor

• 双击模型树节点Monitors > Residual，弹出设置对话框，如下图所示进行参数设置

注：辐射模型收敛性很差，若1e-6达不到的话，可适当放宽收敛条件。

2.9 Initialization

• 右键选择模型树节点Initialization，点击弹出菜单项Initialize进行初始化

2.10 Run Calculation

• 鼠标双击模型树节点Run Calculation，右侧面板如下图所示，设置Number of Iterations为5000

• 点击按钮Calculate开始迭代计算

注：本案例并未考虑到自然对流。

3 计算结果

• 温度分布

• 验证高温壁面上温度分布文档中给出的验证数据如下图所示

我没看懂这验证的是哪个地方的值，有看懂的可留言。

https://pan.baidu.com/s/1F97cvWjob1Wm9UCdSfadHw 

提取码：bn40 

本篇文章来源于微信公众号: CFD之道