热数据交换准则

Simcenter STAR-CCM+ 与另一 CAE 程序进行基于文件的耦合时，其热数据交换应遵循以下准则：

  1. 显式耦合流体和固体模拟时，所建议操作的目的为：
    • 流体模型向固体模型提供随空间变化的热传递系数及其对应的参考温度，且
    • 固体模型将局部壁面温度返回流体模型。

    为了避免数值稳定性问题，建议避免使用在 Simcenter STAR-CCM+ 与其他应用程序之间交换热边界数据的替代方法。

    下面是两个特定情景：

    1. 流体流具有湍流时，将“Specified Y+ Heat Transfer Coefficient(指定 Y+ 热传递系数)”与“Specified y+ Heat Transfer Reference Temperature(指定 Y+ 热传递参考温度)”一起使用。 应指定相对较大的 y+ 值（例如 100），在这种情况下，由于相对较大的壁面距离，Eqn. (548) 中的局部温度差会相对较大。 这又使得固体温度有极大的变化空间，从而允许模型经过二者之间的较少次交换后就收敛到稳态。
    2. 如果流体流没有湍流，则需要将“局部热传递系数”与“Local Heat Transfer Reference Temperature(局部热传递参考温度)”一起使用。
  2. 为了保持数值稳定性，不建议在一个方向上（流体到固体或固体到流体）交换局部热通量，然后反过来接收局部壁面温度。
  3. 流体和固体模型之间需要多个回合的数据交换。 建议至少两个回合。 这是因为流体模型壁面温度的初始猜测值可能与最终求解明显不同。
  4. 在第一个回合期间，固体模型中的初始温度分布应与流体模型中使用的初始壁面温度相同。
  5. 在初始回合中必须首先求解流体或固体模型，建议先求解流体模型。 需要壁面温度值的初始猜测值。
  6. 比较热传递系数预测值与基准（测量值或模型预测值）时，确保热传递参考温度与基准中的相同，这点非常重要。 否则，热传递系数的比较结果可能明显不同。
  7. 在热流体 CFD 分析中，应求解能量方程（成本通常相对较低，情况允许时应始终这样做，尤其在涉及温度相关属性时，如在浮力流中）。
  8. 如果未求解能量方程，则局部热传递系数将称为“虚拟局部热传递系数”。
  9. 将低 y+ 网格用于湍流时，应减小壁面附近棱柱体网格单元的厚度，直到壁面处的通量变得与网格无关。
  10. 对于层流，应减小壁面附近棱柱体网格单元的厚度，直到壁面处的通量变得与网格无关。
  11. 由于近壁区域已耦合到域内部的流体，因此确保内部求解在实际约束中也与网格无关很重要。