哪些方法适用于交换热传递系数?

对于湍流,壁面处对流热传递建模的中心概念通过标准壁面函数得出,此函数可以写为:

1. EQUATION_DISPLAY
q˙w"=ρf(yc)Cp,f(yc)u*(y+(yc))T+(y+(yc))(TwTr)
(550)

其中,yc 为到近壁网格单元中心的距离,y+ 为无量纲壁面距离,u* 为参考速度,T+ 为无量纲温度 -- 两者都由选定的壁面处理确定。 ρf和 为流体的密度和比热。Cp,f注意,ρfCp,fu*T+ 为到壁面的距离的函数。

比较 Eqn. (550)Eqn. (548) 之后,热传递系数可以写为:

2. EQUATION_DISPLAY
h(yc)=ρf(yc)Cp,f(yc)u*(y+(yc))T+(y+(yc))
(551)

此表达式是 Simcenter STAR-CCM+ 中各种热传递系数定义的基础。下表列出了这些系数及其相应的流体参考温度。

场函数 数据交换的参考温度
局部热传递系数 Local Heat Transfer Reference Temperature(局部热传递参考温度)
Specified Y+ Heat Transfer Coefficient(指定 Y+ 热传递系数) Specified Y+ Heat Transfer Reference Temperature(指定 Y+ 热传递参考温度)
热传递系数 用户自定义的参考温度
虚拟局部热传递系数 不适用

局部热传递系数

这是在边界旁的网格单元的形心处计算得出的热传递系数,即 h(y=yc)。计算方程如下:

3. EQUATION_DISPLAY
hlocal=ρf(yc)Cp,f(yc)u*T+(y+(yc))
(552)

相应的流体参考温度计算如下:

4. EQUATION_DISPLAY
Tlocal=Tw+q˙w"h
(553)

指定 Y+ 热传递系数

这是以用户指定的值 y+ 计算得出的热传递系数,以便 y+(y)=Yuser+。由此得出:

5. EQUATION_DISPLAY
hy+=ρf(yc)Cp,f(yc)u*T+(Yuser+)
(554)

相应的流体参考温度,即指定的 Y+ 热传递参考温度,计算如下:

6. EQUATION_DISPLAY
Tf,y+=Tw+q˙w"hy+
(555)

因为此定义不能保证 Tf,y+ 位于局部区域的温度范围内,所以强制执行以下条件以给出真实值:

7. EQUATION_DISPLAY
Tf,y+={Tw+q˙w"hy+TminTw+q˙w"hy+TmaxTminTw+q˙w"hy+<TminTmaxTw+q˙w"hy+>Tmax
(556)

在后两种情况下,将重新计算 hy+,以便

8. EQUATION_DISPLAY
hy+=q˙w"(Tf,y+Tw)
(557)
对于这些场函数, 值在自动化 > 场函数内的 Specified Y+ Heat Transfer Coefficient 场函数节点上设置。 y +

虚拟局部热传递系数

这是无需激活能量模型的近似于真实的“局部热传递系数”。其定义为,y=yc 时计算的热传递系数,其中 yc 为壁面的近壁网格单元中心的距离。

9. EQUATION_DISPLAY
hvirtual=ρf(yc)Cp,f(yc)u*T+(y+(yc))
(558)
由于热材料属性不可用,因此除了分子普朗特数和湍流普朗特数之外,还将比热 Cp,f 指定为参考值。这些值在虚拟局部热传递系数场函数节点上设置,如下所示。流体密度 ρf 从模拟本地获得。

热传递系数

这是定义热传递系数的另一种选择。基于指定的总体温度 Tbulk 进行计算。

10. EQUATION_DISPLAY
hbulk=q˙w"(TbulkTw)
(559)

此定义不保证计算的热传递系数为正。与其他 CAE 程序交换数据时,如果计算的 hbulk 不为正,则改为交换局部热传递系数 hlocal 及其相应的参考温度 Tlocal

总体温度设为热传递系数场函数节点的属性。