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：

图 1. EQUATION_DISPLAY

{\dot{q}}_{w}^{"} = \frac{ρ_{f} (y_{c}) C_{p, f} (y_{c}) u^{*} (y^{+} (y_{c}))}{T^{+} (y^{+} (y_{c}))} (T_{w} - T_{r})

(550)

其中， $y_{c}$ 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。 $ρ_{f}$ 和为流体的密度和比热。 $C_{p, f}$ 注意， $ρ_{f}$ 、 $C_{p, f}$ 、 $u^{*}$ 和 $T^{+}$ 为到壁面的距离的函数。

比较 Eqn. (550) 与 Eqn. (548) 之后，热传递系数可以写为：

图 2. EQUATION_DISPLAY

h (y_{c}) = \frac{ρ_{f} (y_{c}) C_{p, f} (y_{c}) u^{*} (y^{+} (y_{c}))}{T^{+} (y^{+} (y_{c}))}

(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 $h (y = y_{c})$ 。计算方程如下：

图 3. EQUATION_DISPLAY

h_{l o c a l} = \frac{ρ_{f} (y_{c}) C_{p, f} (y_{c}) u^{*}}{T^{+} (y^{+} (y_{c}))}

(552)

相应的流体参考温度计算如下：

图 4. EQUATION_DISPLAY

T_{l o c a l} = T_{w} + \frac{{\dot{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 $y^{+} (y) = Y_{u s e r}^{+}$ 。由此得出：

图 5. EQUATION_DISPLAY

h_{y^{+}} = \frac{ρ_{f} (y_{c}) C_{p, f} (y_{c}) u^{*}}{T^{+} (Y_{u s e r}^{+})}

(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：

图 6. EQUATION_DISPLAY

T_{f, y^{+}} = T_{w} + \frac{{\dot{q}}_{w}^{"}}{h_{y^{+}}}

(555)

因为此定义不能保证 $T_{f, y^{+}}$ 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：

图 7. EQUATION_DISPLAY

T_{f, y^{+}} = {\begin{matrix} T_{w} + \frac{{\dot{q}}_{w}^{"}}{h_{y^{+}}} & T_{\min} \leq T_{w} + \frac{{\dot{q}}_{w}^{"}}{h_{y^{+}}} \leq T_{\max} \\ T_{\min} & T_{w} + \frac{{\dot{q}}_{w}^{"}}{h_{y^{+}}} < T_{\min} \\ T_{\max} & T_{w} + \frac{{\dot{q}}_{w}^{"}}{h_{y^{+}}} > T_{\max} \end{matrix}

(556)

在后两种情况下，将重新计算 $h_{y^{+}}$ ，以便

图 8. EQUATION_DISPLAY

h_{y^{+}} = \frac{{\dot{q}}_{w}^{"}}{(T_{f, y^{+}} - T_{w})}

(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， $y = y_{c}$ 时计算的热传递系数，其中 $y_{c}$ 为壁面的近壁网格单元中心的距离。

图 9. EQUATION_DISPLAY

h_{v i r t u a l} = \frac{ρ_{f} (y_{c}) C_{p, f} (y_{c}) u^{*}}{T^{+} (y^{+} (y_{c}))}

(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

C_{p, 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

ρ_{f}

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 $T_{b u l k}$ 进行计算。

图 10. EQUATION_DISPLAY

h_{b u l k} = \frac{{\dot{q}}_{w}^{"}}{(T_{b u l k} - T_{w})}

(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 $h_{b u l k}$ 不为正，则改为交换局部热传递系数 $h_{l o c a l}$ 及其相应的参考温度 $T_{l o c a l}$ 。

总体温度设为热传递系数场函数节点的属性。