[发明专利]一种平板冲击射流传热问题的数值模拟方法

权利要求书

1.一种平板冲击射流传热问题的数值模拟方法，其特征在于包括以下步骤：

S1：建立计算模型：通过扫描仪、网络或计算机输入所要计算问题的设计图纸建立冲击射流的二维平面模型；

S2：对模型划分网格及网格无关性验证；

S3：设置湍流模型：选取SST k-ω模型与间歇性转捩模型和横向流转捩模型耦合，并选取Kato-Launder模型对湍动能产生项进行修正；

S4：根据实际情况设置边界条件和初始值；

S5：设置ANSYS-FLUENT软件的求解方式；

S6：运行ANSYS-FLUENT，获得平板冲击射流在不同高度下的传热分布规律,并以无量纲努塞尔数Nu来表示；

所述S3步骤中，选择的湍流模型采用的RANS连续性方程、动量方程和能量方程，相关表达式如下：

式中：ρ表示密度；μ_t表示涡粘系数；u，u'分别表示速度和脉动速度；C_p表示比热容；K表示导热系数；T和T'分别表示温度和脉动温度；和分别表示雷诺应力张量和湍流热通量矢量；u_i和u_j分别代表i和j方向的速度；t表示时间；x_i和x_j代表i，j方向的坐标；p表示压力；δ_ij是克罗内克函数，当i＝j时为1，否则为0；u_l代表l方向的速度，l取值范围为1,2,3；x_l为l方向的坐标；

所述S3步骤使用SST k-ω模型封闭RANS方程,所述SST k-ω模型在控制方程的基础上，加入了湍动能k方程和比耗散率ω方程,相关表达式如下：

其中：G_k为湍动能产生项；G_ω为ω生成项；Γ_k和Γ_ω代表k和ω的有效扩散率；Y_k和Y_ω代表k和ω的耗散；S_k和S_ω代表k和ω的源项；ρ表示密度；k表示湍动能；x_j代表j方向的坐标，取值范围为1，2，3；ω为湍流耗散率；t代表时间；u_i和u_j分别代表i和j方向的速度,i和j的取值范围为1,2,3；D_ω表示交叉扩散项；

所述S3步骤中，将间歇性转捩模型和横向流转捩模型与SST k-ω模型进行耦合，间歇转捩模型的输运方程如下所示：

其中：t表示时间，u_j代表j方向的速度，j的取值范围为1,2,3，x_j代表j方向的坐标，μ_t表示涡粘系数，σ_y为湍流常数；

对于横向流效应，当下式成立时横向流效应才会显现出来；

其中表示横流雷诺数，f(H_S)的定义如下所示：

γ代表转捩因子；u_j代表j方向的速度，其中j的取值范围为1,2,3；P_γ和E_γ为转捩源项；μ为湍流粘度；σ_γ取值为1.0；H_s表示形状因子；

所述S3步骤中，为避免在滞止点处湍动能的过快增长，使用Kato-Launder模型对SSTk-ω的湍动能产生项进行修正，如下所示：

G_k＝μ_tS² 式(9)

其中x_j和x_i分别代表j和i方向的坐标，j和i的取值为1，2，3；

修改后如下所示：

G_k＝μ_tSΩ 式(10)

其中x_j和x_i分别代表j和i方向的坐标，j和i的取值为1，2，3；

μ_t表示涡粘系数；G_k表示湍动能产生项，i，j代表坐标值的取值范围为1，2，3；u_i和u_j分别表示i，j方向的速度。