[发明专利]流体－固体耦合传热的松耦合建模方法

摘要

一种流体－固体耦合传热的松耦合建模方法，其特征在于忽略流场的瞬态变化过程，假设全局瞬态传热过程在“准稳态”流场下进行。具体计算流程包括：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。针对管内空气强迫对流换热过程，利用本发明的建模方法与Fluent商业软件紧耦合计算结果相比，绝对误差在1K以下，计算效率提高一个数量级，满足工程计算需求。

主权项

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+ηt其中η、ηt分别表示粘性系数和湍流粘性系数，Pr与σT分别表示普朗特数与湍流普朗特数，σk与σε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＝ρGk‑ρε其中，T：S按实际情况而定，c1、c2为经验常数，p为压力，Gk为：