共轭传热问题的解决方法及其应用领域

当非流体材料的热性质与流体相差几个数量级时，就被称为一个病态共轭传热问题。在这种情况下，不管确定了多少扫掠数，TDMA方法都不可能产生有用的结果。使用以下方法进入TDMA方法：

命令：FLDATA18，METH，TEMP，1

菜单：Main Menu→Solution→FLOTRAN Set Up→CFD Solver Controls→Temp Solver CFD

共轭残差方法提供了更多的功能，并且需要和三对角线矩阵算法（TDMA）相同的内存。为了进入这种方法，可以使用以下方法：

命令：FLDATA18，METH，TEMP，2

菜单：Main Menu→Solution→FLOTRAN Set Up→CFD Solver Controls→Temp Solver CFD

可以控制一些参数（例如收敛性标准和使用的搜索矢量数）来提高性能。

求解病态传热问题的一个更成熟的选择就是预条件共轭残差方法，它需要比TDMA或共轭残差方法都大的多的内存。PCR方法允许控制使用的搜索方向数，最大值可达30。为了使用它，可使用以下方法：

命令：FLDATA18，METH，TEMP，3

菜单：Main Menu→Solution→FLOTRAN Set Up→CFD Solver Controls→Temp Solver CFD

注意

对于仅连接到固体节点上的节点，密度标签下的Jobname.RFL文件中存储的值为密度和比热容的乘积。

可通过查看Jobname.DBG文件来评估共轭残差和预条件共轭残差方法的性能。

求解共轭传热问题的最成熟（但需要最多内存）的方法为预条件广义最小残差方法，可通过以下方法进入：

命令：FLDATA18，METH，TEMP，4

菜单：Main Menu→Solution→FLOTRAN Set Up→CFD Solver Controls→Temp Solver CFD

预条件广义最小残差（PGMR）求解方法是温度的默认选项。

尽管PGMR方法的用户控制与PCCR法相同，但默认值并不同。对于PGMR，所允许的最小限制的收敛性判别标准为1.0×10^-10。如果试着使用一个较小的限制收敛性判别标准，FLOTRAN就会将其改为1.0×10^-10。对于某些问题可能有必要用一个如1.0×10^-20的收敛性判别标准。除此之外，应该至少使用12个搜索矢量，并且FLOTRAN确保了这个数。对于PGMR求解器，12个搜索矢量为默认的，且许用范围为12～20。

FLOTRAN非流体单元支持依赖于温度的和正交各向异性的变化，即KXX、KYY、KZZ可以假定不同的值和温度变化。FLOTRAN将导热系数视为一个单元量，在单元中的正交的点处求其值。然而在流体单元中，FLOTRAN将导热系数视为一个节点量。

为了确定变化的和正交各向异性导热系数，可使用以下方法：

命令：MP或MPDATA

菜单：Main Menu→Preprocessor→Loads→Load Step Opts→Other→Change Mat Props(www.xing528.com)

Main Menu→Preprocessor→Material Props→Material Models→CFD→Conductivity→Orthotropic

Main Menu→Solution→Load Step Opts→Other→Change Mat Props

Main Menu→Preprocessor→Loads→Load Step Opts→Other→Change Mat Props

注意

具有可变导热系数的热分析问题是非线性的，且需要大量的迭代数来求解。可变的固体导热系数不是松弛的。

对于一个共轭传热问题，最好在求解耦合能力/动量方程前得到初始的温度解。为了得到温度解，可使用以下方法：

命令：FLDATA1，SOLU，FLOW，F

FLDATA1，SOLU，TEMP，T

FLDATA25，RELX，TEMP，1.0

FLDATA2，ITER，EXEC，1

FLDATA18，METH，TEMP，3

菜单：Main Menu→Solution→FLOTRAN Set Up→Solution Options

Main Menu→Solution→FLOTRAN Set Up→Relax/Stab/Cap→DOF Relaxation

Main Menu→Solution→FLOTRAN Set Up→Execution Ctrl

Main Menu→Solution→FLOTRAN Set Up→CFD Solver Contr→TEMP Solver CFD

在以上步骤中，根据导热方程的一个解得到一个初始的温度解。

FLOTRAN能够计算传热问题中的壁面的膜层散热系数。为了达到这个目的，可用两种算法：导热系数矩阵算法和温度场算法。导热系数矩阵算法使用了导热系数矩阵来计算热通量和膜层散热系数，它是默认的。一般说来，这种算法对于良好成型的单元可产生令人满意的结果。然而如果单元没有很好地成型，就会产生不光滑的结果，这时就应该切换到温度场算法。温度场算法可以根据热梯度直接计算膜层散热系数。为了设置算法，可使用以下方法：

命令：FLDATA37，ALGR，HFLM，Value

菜单：Main Menu→Preprocessor→FLOTRAN Set Up→Algorithm Ctr

Main Menu→Solution→FLOTRAN Set Up→Algorithm Ctr