计算流体力学cfd模拟对冰柜空气流动传热综述(编辑修改稿)

计算流体力学cfd模拟对冰柜空气流动传热综述(编辑修改稿)内容摘要：

(18) 双流体模型除了上述的湍流模型外，在计算流体力学（CFD）中还有一个比较常见的模型就是双流体模型，在这个模型中两种流体遵循各自的控制微分方程，两种流体间存在质量、动量和能量的相互作用，双流体模型的控制方程如下：双流体模型的通用方程[9]：∂∂tρnrnϕn+∂∂xjρnrnunjϕn=∂∂xjrnΓϕn∂ϕn∂xj+∂∂xjϕnDϕn∂rk∂xj+Sϕn+Iϕn (19)其中，下标n指示的是流体的种类，n=1,2；下标中的i,j指的是空间坐标；ϕ是因变量，取1时，表示的是连续性方程，取速度、温度时，则表示的是动量方程和能量方程，下面将给出湍流流体和非湍流流体的控制方程[9]：表1 湍流流体的控制方程组方程ϕnΓϕnDϕnSϕnIϕn连续10Γr0m动量u1tμeΓ1∂∂xjμer1∂u1j∂xir1∂p∂xi+FBu2imFi能量t1μeσtΓ10t2mQcp湍流动能KμeσkΓ1Gρ1r1ε0湍流动能扩散率εμeσεΓ1εc1Gc2ρ1r1εk0上表中：μe=μ+μt， μt=cμρk2 εΓ1=μeσr， Γ2=μσrΓr=Γ1r2+Γ2r1， FB=ρ2ρ1r2gG=μt∂u1i∂xj∂u1i∂xj+∂u1j∂xi， l=k32ε上式中的其他的常数取值：cμ=，c1=，c2=，σk=，σt=，σt=表2 非湍流流体的控制方程组方程ϕnΓϕnDϕnSϕnIϕn连续10Γr0m动量u2tμΓ2∂∂xjμr2∂u2j∂xir2∂p∂xiu2im+Fi能量t2μσtΓ20t2m+Qcp双流体模型中两流体之间还存在着质量、动量和能量的相互作用，下面就介绍双流体模型中两流体的动量和能量交换的一般关系式：Fi=cfρ1r1r2u1iu2iu1u2l (20)Q=ctcpρ1r1r2t1t2l (21)但是对于质量传递还没有统一的观点，有人认为只能是非湍流流体转化为湍流流体，所以m总是正的，另外一些人则认为湍流流体也可以转化成非湍流流体，所以m也可以是负值，所以在一些研究中就提出了以一个中间值作为两流体的质量转化率，就采用了算术平均值：m=cm1ρ1r1r2u1u2l+cm2ρ1r1r2 (22)CFD模拟的应用随着计算机技术的迅猛发展，计算流体力学已经发展的比较成熟，各种不同的CFD软件包已经陆陆续续出现，并且被工程界广泛接受，如航空、航天、船舶、水利、化工、冶金等领域中都可以见到CFD模拟的应用。 CFD的工程应用主要得益于Spalding和Patankar在20世纪70年代提出的SIMPLE算法[9]，这一算法被广泛的应用于热流问题的求解中，解决了工程人员难以读懂科研人员编写的程序和参数设置程序修改的问题，方便了工程人员对CFD软件的使用。 比较著名的CFD软件有如下：Fluent(市场占有率最高)，PHOENICS(价格低廉)还有CFX等。 CFD中的不同流动模型也被广泛的应用到了科学研究中，帮助人们了解流体流动过程中的流动情况和帮助人们设计出更好更为经济实用的产品。 CFD方法与传统实验方法和纯理论研究相比，被视作是流体力学史上的一次革命，自上世纪八十年代之后，CFD模拟方法得到了逐步的发展，使得CFD模拟方法和实验方法、纯理论形成了三足鼎立之势。 （如图1）当然CFD模拟本身也存在缺陷，如果一个过程在物理和数学上没有很好的模型、控制方程去描述这一过程的话，那么CFD对这一过程的模拟就不是很准确，有两个普遍的例子，一个是湍流流动，还有一个就是化学反应流动，因为通常来说，化学反应的速率机理和速率常数都不准确。 下面将介绍一下CFD软件中的Fluent的特点[10]，Fluent软件的网格具有很强的灵活性，用户可以选择结构网格和非结构网格，二维有三角形或四边形网格，三维网格有四面体网格、六面体网格和金字塔形网格，Fluent有专业的前处理软件——gambit软件，它可以将结构化网格和非结构化网格结合使用。 当前处理完成后，将mesh文件导入Fluent软件中，Fluent采用有限体积积分偏微分的控制方程，在将网格模型导入以。