基于特征分裂有限元准隐格式的共轭传热整体耦合数值模拟方法

作     者：刘瑜 邓家钰 王成恩 苏红星 Liu Yu;Deng Jiayu;Wang Chengen;Su Hongxin

作者机构：上海交通大学机械与动力工程学院上海200240 大连理工大学航空航天学院辽宁大连116024 

出 版 物：《力学学报》 (Chinese Journal of Theoretical and Applied Mechanics)

年 卷 期：2021年第53卷第4期

页      面：986-997页

核心收录：

学科分类：080704[工学-流体机械及工程] 080103[工学-流体力学] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

基　　金：装备预研共用技术项目资助(41423010103) 

主　　题：共轭传热 整体耦合 不可压缩流动 有限元 数值模拟 

摘      要：共轭传热现象在科学和工程领域中大量存在.随着计算能力的发展,对共轭传热现象进行准确有效的数值模拟,成为科学研究和工程设计上的重要挑战.共轭传热数值模拟的方法可以分为两大类:分区耦合和整体耦合.本文采用有限元法对共轭传热问题进行整体耦合模拟.固体传热求解采用标准的伽辽金有限元方法.流动求解采用基于特征分裂的有限元方法.该方法是一种重要的求解流动问题的有限元方法,可以使用等阶有限元.该方法的准隐格式与其他格式相比,具有时间步长大的特点.将稳定项中的时间步长与全局时间步长分开,改进了准隐格式的稳定性.基于改进的特征分裂有限元方法的准隐格式,发展了一种层流共轭传热数值模拟的整体耦合方法.采用这种方法可以将流体计算域和固体计算域作为一个整体划分有限元网格,并且所有变量都可以采用相同的插值函数,从而有利于程序的实现.通过对典型问题的模拟,验证了这种方法的准确性.本工作还研究了固体区域时间步长对定常共轭传热问题数值模拟收敛性的影响.