申请/专利权人：兰州大学

申请日：2023-12-04

公开（公告）日：2024-05-17

公开（公告）号：CN117672430B

主分类号：G16C60/00

分类号：G16C60/00;G06F17/16;G06F17/13;G06F30/28;G06F119/14;G06F119/08;G06F113/08

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.05.17#授权;2024.03.26#实质审查的生效;2024.03.08#公开

摘要：本发明公开了一种液态金属湍流热通量的二阶矩计算方法，属于液态金属流动传热领域，解决了传统雷诺比拟假设计算液态金属湍流热通量的数值精度不佳的问题。本发明引入了相比于传统雷诺比拟假设模型理论精度更高的液态金属二阶矩微分热通量模型，可从液态金属湍流热通量的产生、对流、扩散、耗散等角度，直接输运求解液态金属的湍流热通量，可获得更丰富的液态金属湍流热通量分布特性。本发明可调用OpenFOAM内置的不同的湍流模型与引入的液态金属二阶矩微分热通量模型进行耦合输运，拓展了液态金属湍流换热输运模型的多样性。

主权项：1.一种液态金属湍流热通量的二阶矩计算方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1：基于OpenFOAM内置单相传热求解器，定义液态金属二阶矩传热求解器；步骤2：在液态金属二阶矩传热求解器中的主程序文件中，添加壁面距离头文件和有界函数头文件程序段，并在主循环程序段内添加求解液态金属二阶矩微分热通量模型的头文件；步骤3：在液态金属二阶矩传热求解器中的场创建程序文件中，定义与液态金属二阶矩微分热通量模型相关的变量，包括：体积矢量场-湍流热通量、体积标量场-温度脉动、体积标量场-温度脉动耗散率；步骤4：在液态金属二阶矩传热求解器中的动量方程求解程序文件中，在求解动量方程的程序段内保留OpenFOAM湍流模型调用函数，在这一步骤中求解液态金属的动量方程；步骤5：在液态金属二阶矩传热求解器中的压力泊松方程求解程序文件中，保留原程序段求解液态金属的连续性方程和动量方程；步骤6：在液态金属二阶矩传热求解器中的能量方程求解程序文件中，引入步骤3定义的体积矢量场-湍流热通量，为调用液态金属二阶矩微分热通量模型提供接口，在这一步骤中求解液态金属的能量方程，求解的方程如下： 其中：t为流动时间，ui和uj为速度分量，xi和xj均为三维坐标分量，ρ为流体密度，P为流体压力，gi为重力加速度分量，α为流体分子热扩散系数，h为比焓，K为比动能，Cp为流体比热容， 为湍流热通量分量；步骤7：在液态金属二阶矩传热求解器中，建立求解液态金属二阶矩微分热通量模型的程序文件，在这一步骤中实现液态金属湍流热通量的直接微分输运求解，求解的模型如下：液态金属湍流热通量微分输运方程： 其中： 为湍流热通量的另一个分量，k为湍动能，ε为湍动能耗散率，T为液态金属温度， 为湍流应力，CTD为模型系数， 为浮力项，πi为压力-温度梯度关联项， 为湍流热通量耗散项；液态金属温度脉动微分输运方程： 其中：CKD为模型系数，kθ为温度脉动，εθ为温度脉动耗散率；液态金属温度脉动耗散率微分输运方程： 其中：CED、Cp1、Cp2、Cd1、Cd2为模型系数，fd2为温度脉动耗散阻尼函数，Pk为湍动能产生项，其中，为湍流应力；步骤8：在这一步骤里完成液态金属二阶矩传热求解器的开发和编译，基于OpenFOAM对液态金属二阶矩传热求解器进行编译，生成程序的可执行文件；步骤9：建立存放液态金属流动传热工况的计算文件夹，包含初始文件夹、固定文件夹、系统文件夹，其中初始文件夹中包含速度、湍流运动黏度、湍动能、湍动能耗散率或湍动能比耗散率、温度脉动、温度脉动耗散率、液态金属温度、流体压力、湍流热通量的初始程序文件，并根据计算工况，对速度、湍流运动粘度、湍动能、湍动能耗散率或湍动能比耗散率、液态金属温度、流体压力施加标准的OpenFOAM进出口条件和壁面边界条件，对恒热流加热或绝热壁面上的温度脉动和温度脉动耗散率施加标准的OpenFOAM进出口条件和零固定梯度值壁面边界条件，对湍流热通量施加标准的OpenFOAM进出口条件和零固定值壁面边界条件；步骤10：在步骤9建立的液态金属流动传热计算文件夹下的固定文件夹中，通过OpenFOAM内嵌网格转换工具将在第三方网格划分软件中导出的计算网格模型转换成OpenFOAM可识别网格文件，并在其中添加、修改和存储相应的壁面边界信息，随后在固定文件夹下的物性字典文件中修改液态金属的流体密度、比热、导热系数和动力粘度的物性值或物性关系式，随后在固定文件夹下的重力字典文件中指定计算重力的大小和方向，随后在固定文件夹下的湍流模型字典文件中指定所使用的湍流模型；步骤11：在步骤9建立的液态金属流动传热计算文件夹下的系统文件夹中，在控制字典文件中指定计算步长及数据读入写出格式，在划分块字典文件中指定并行核数和并行方式，在离散字典文件中指定离散项的离散格式，在求解字典文件中指定速度、压力、比焓、湍动能、湍动能耗散率或湍动能比耗散率、温度脉动、温度脉动耗散率、湍流热通量的求解矩阵方式、松弛因子、收敛残差；步骤12：步骤9至步骤11完成液态金属计算工况的前处理后，在OpenFOAM环境下执行划分块命令，生成并行文件，随后在OpenFOAM环境下调用步骤8生成的程序的可执行文件，开始对液态金属流动传热过程进行计算；步骤13：程序开始执行计算后，将读取步骤9建立的初始文件夹的进出口和边界条件数据，读取步骤10建立的固定文件夹的网格、重力及物性数据，读取步骤11建立的系统文件夹的控制字典文件、离散字典文件、求解字典文件数据；步骤14：执行求解步骤4的液态金属二阶矩传热求解器中的动量方程求解程序文件，得到初步的速度场；步骤15：执行求解步骤5的液态金属二阶矩传热求解器中的压力泊松方程求解程序文件，更新速度场与压力场；步骤16：执行求解步骤6的液态金属二阶矩传热求解器中的能量方程求解程序文件；步骤17：执行求解步骤7的液态金属二阶矩微分热通量模型的程序文件，迭代输运液态金属湍流热通量，迭代求解温度脉动及其耗散率输运模型；步骤18：执行求解步骤10在湍流模型字典文件中指定所使用的湍流模型，迭代求解湍流运动粘度，迭代求解湍动能、湍动能耗散率或比耗散率输运模型；步骤19：判断经步骤14-18迭代求解的速度、比焓、压力、湍动能、湍动能耗散率或湍动能比耗散率、湍流热通量、温度脉动、温度脉动耗散率的输运方程的计算残差是否达到步骤11设定的收敛残差，若达到，则判定迭代计算结束，若未达到，则重复步骤13-19，直至达到步骤11设定的收敛残差。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 兰州大学 一种液态金属湍流热通量的二阶矩计算方法

免责声明
1、本报告根据公开、合法渠道获得相关数据和信息，力求客观、公正，但并不保证数据的最终完整性和准确性。
2、报告中的分析和结论仅反映本公司于发布本报告当日的职业理解，仅供参考使用，不能作为本公司承担任何法律责任的依据或者凭证。

阅读全文 双屏查看 官方信息 专利公告 收藏专利 下载PDF 下载WORD