[发明专利]流体－固体耦合传热的松耦合建模方法

权利要求书

1.流体－固体耦合传热的松耦合建模方法，其特征在于包括：

A)更新流场：单独以流体作为求解对象，将流固耦合壁面设为流体的固定温度边界，用稳态CFD算法求解流场；

B)计算瞬态传热：同时以流体和固体为求解对象，将流固耦合壁面设为传热耦合边界，关闭流体的动量方程和湍流方程，计算瞬态传热直到下次流场更新和/或计算终止；

C)重复步骤A)和B)，交替进行流场更新和瞬态传热计算，直到到达瞬态传热终止时刻，

其中，忽略了流场的瞬态变化过程，并假设全局瞬态传热过程在“准稳态”流场下进行，

更新流场时单独对流体进行稳态CFD计算，

稳态CFD算法求解流场的处理包括：

确立控制方程，控制方程的通式为：

其中，ρ表示密度、t表示时间、V表示速度矢量、S表示源项、Γ表示广义扩散系数、φ代表方程变量，其中φ在各方程中分别代表x方向速度分量u、y方向速度分量v、z方向速度分量w、湍流动能k、湍流耗散率ε以及温度T，

对于各变量，把广义扩散系数Γ确定为：

u,v,w:Γ＝η+η_t

其中η、η_t分别表示粘性系数和湍流粘性系数，Pr与σ_T分别表示普朗特数与湍流普朗特数，σ_k与σ_ε分别表示k与ε的湍流Schmidt数，

对于各变量，把源项S表示为：

k:S＝ρG_k-ρε

其中，T：S按实际情况而定，c₁、c₂为经验常数，p为压力，G_k为：

2.根据权利要求1所述的建模方法，其特征在于对于经过有限体积法离散的流体控制方程，使用SIMPLE算法求解，实现速度与压力的耦合，包括：

假定一个速度分布，记为V⁰，以此计算动量离散方程中的系数和常数项；

假定一个压力场p*；

依次求解各方向上的动量方程，得到V*；

求解压力修正方程，得p’；

据p’改进速度值；

利用改进后的速度场求解那些通过包括源项和物性的与速度场耦合的变量，如果变量并不影响流场，则应在速度场收敛后再求解；

利用改进后的速度场重新计算动量离散方程的系数，并用改进后的压力场作为下一层迭代的初值，重复上述步骤，直到获得收敛解，

对于二维结构化网格，速度修正计算式为：

u_e＝u_e*+d_e(p'_P-p'_E)，v_n＝v_n*+d_n(p'_P-p'_N)

其中压力修正方程为：

a_Pp'_P＝a_Ep'_E+a_Wp'_W+a_Np'_N+a_Sp'_S+b

其中：a_E＝ρ_ed_eΔy，a_W＝ρ_wd_wΔy，a_N＝ρ_nd_nΔx，a_S＝ρ_sd_sΔx

a_P＝a_E+a_W+a_N+a_S

式中ρ表示密度，下标P表示当前节点，下标E、W、N、S分别表示四周的邻点，下标e、w、n、s分别表示四周的表面，d表示相应方向上控制体表面面积与动量方程系数的商。