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Fluent验证案例56:方腔热传导及辐射

内容纲要

本案例利用Fluent计算封闭方腔内热传导及热辐射问题。

文献:D.R. Rousse, G. Gautier, J.F. Sacadura. “Numerical predictions of two-dimensional conduction, convection, and radiation heat transfer. II. Validation”, International Journal of Thermal Sciences, Vol 39, pp. 332-353, 2000

1 问题描述

本例计算模型如下图所示。封闭容器中考虑热传导及热辐射作用,计算并验证腔体内温度分布。

计算条件包括:

  • 材料参数

    • 导热率: 1 W/m-K

    • 吸收系数: 0.228 /m

  • 几何模型

    • 腔体边长: 1 m x 1 m

  • 边界条件

    • 热壁面温度: 100 K

    • 冷壁面温度: 50 K

采用稳态计算,利用DO辐射模型考虑热辐射。

2 Fluent设置

  • 2D、Double Precision模式启动Fluent

2.1 General设置

  • 鼠标双击模型树节点General,右侧面板采用默认设置

2.2 Models设置

  • 右键选择模型树节点Models > Energy,选择弹出菜单项On激活能量方程

  • 鼠标双击模型树节点Models > Radiation弹出辐射模型设置对话框

  • 激活选项Discrete Ordinates(DO)激活DO模型

  • 设置Energy Iterations per Radiation Iteration10

  • 设置Angular Discretization中的各参数为5

  • 其他参数保持默认设置

注:Angular Discretization参数用于设置分辨率,通常可取值3~5,取值越大分辨率越高,但相应的计算开销也越大。

2.3 Materials设置

  • 鼠标双击模型树节点Materials > Fluid > air弹出材料属性设置对话框

  • 如下图所示,设置材料参数,点击按钮Change/Create修改参数

注:DO模型可以通过设置材料的吸收系数、散射系数、散射相函数以及折射率等参数来考虑流体介质对辐射的影响。

2.4 Boundary Conditions

1、hot_wall边界

  • 鼠标双击模型树节点Boundary Conditions > hot_wall弹出设置对话框

  • Thermal标签页激活选项Temperature

  • 设置Total Temperature100 k,设置Internal Emissivity1,其他参数保持默认设置

注:设置Internal Emissivity为1,表示该边界的全部热量全部通过辐射与环境交换

2、cold_wall边界

  • 鼠标双击模型树节点Boundary Conditions >cold_wall弹出设置对话框

  • Thermal标签页激活选项Temperature

  • 设置Total Temperature50 k,设置Internal Emissivity1,其他参数保持默认设置

  • 其他边界cold_wall2与cold_wall3参数设置与cold_wall相同,设置Total Temperature50 k,设置Internal Emissivity1

2.6 Methods

  • 鼠标双击模型树节点Methods,右侧面板如下图所示进行设置

2.7 Controls

  • 鼠标双击模型树节点Controls,右侧面板如下图所示进行设置

2.8 Monitor

  • 双击模型树节点Monitors > Residual,弹出设置对话框,如下图所示进行参数设置

注:辐射模型收敛性很差,若1e-6达不到的话,可适当放宽收敛条件。

2.9 Initialization

  • 右键选择模型树节点Initialization,点击弹出菜单项Initialize进行初始化

2.10 Run Calculation

  • 鼠标双击模型树节点Run Calculation,右侧面板如下图所示,设置Number of Iterations5000

  • 点击按钮Calculate开始迭代计算

注:本案例并未考虑到自然对流。

3 计算结果

  • 温度分布

  • 验证x=0.5m上温度分布

链接: https://pan.baidu.com/s/1M1HGq5yromuQBCahNwmPhw

提取码: nb9c


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