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为了验证Flue
t中wall的thermal边界条件的具体含义,设计了一个简单的圆柱体,内部为温度1000℃的空气,壁面厚度005m,看不同边界条件的结果如何:(1)关于几何模型和网格划分
下部为入口,直径2m;上部为出口,直径2m;高度2m。采用OGRID网格进行划分,总数量1600个。(2)壁面选择co
vectio
,heattra
sfercoefficie
t设置为10wm2K,freestreamtemperature设置为25℃,i
ter
alemissivity设置为1,壁面厚度为005m。壁面材料选择steel。结果如下:
f确实存在散热效果,散出的总热流量为11495061W。理论计算值(不考虑壁面厚度)为122265W,误差为6。该误差是由于壁面厚度引起的。负号的意思应该表示圆柱内流体传给壁面的热量,而不是壁面传给圆柱体的热量。(3)壁面选择heatflux,基于上面(2)的计算结果设置heatflux为9750Wm2,辐射率为1,壁厚为005m。理论上散出的总热流量应该与(2)相同。
f结果壁面温度比内部气流的温度还要高,就是说与预期正好相反,不是散热,而是供热了,供热量为122276W。与理论计算值122265W基本相当(是否可以理解为壁厚再这里没有意义?)基于这个疑问,把壁厚改为05m,供热量为122276W,没有变化,说明此时与壁厚无关!
现在再把heatflux改为负值,即9750Wm2,壁厚005m。
f和预期结果一直,壁面散热流量为122276W,与理论计算值基本一致。此时再改壁面厚度为05m,散热流量为122276W。说明,heatflux与壁面厚度无关!(4)壁面选择temperature,温度设置为25℃,壁面厚度005m。模拟结果如下:
f壁面确实是散热的,需要注意最低的温度只有314℃,与之前相比温度显著降低了,说明隔过005m的墙壁外的温度为25℃。散热流量为1184330W,较之前高了一个数量级。下面计算其理论散热量:根据单层圆筒壁的导热公式:
其中,Q是散热流量(w),是壁面材料的导热系数(WmK),l是高度m,r2是外径m,r1是内径(m),t1是内部温度(K),t2是壁面外温度K。则计算结果为:4083636W。比模拟结果要大34倍,这是什么原因呢?主要原因是t1的温度不等于1000℃,也就是说除了壁面的导热,还存在对流等换热现象,导致内壁面的温度不是1000℃,而是314℃,这样计算下来的散热流量就是1210431W,与模拟值基本一样。但是这个314℃是怎么计算得到的呢?
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