Fluent软件在数值传热学课程教学中的应用

Fluent软件在数值传热学课程教学中的
应用
1.杭州电子科技大学(天台) 数字产业研究，浙江天台317200
摘要：基于流体力学的教学内容及特点，讲解从一维导热方程到多维非稳态导热方程的推导及扩散方程的数值解法，同时结合Fluent软件对马桶中不同温度下气溶胶扩散过程进行仿真，让学生能更好地将理论结合实际，最后对仿真结果进行动画模拟，让学生可以直观感受温度变化对气溶胶的影响。

关键词：Fluent软件，温度场，气溶胶颗粒，教学改革
数值传热学，又称计算传热学，是指对描写流动与传热问题的控制方程采用数值方法表示。

数值传热学的基本思想是用有限个离散点上的值的集合来代替原来在空间与时间坐标中连续的物理量的场（如速度场，温度场等），建立起离散方程，用数值方法求解所建立起来的离散方程进而获得求解变量的近似值。

流动与热交换现象在自然界及各个工程领域中出现十分频繁，例如楼房中的暖通空调、自然界中雨雪的形成等都和数值传热学有关。

1 Fluent软件实例
笔者应用Fluent19.2软件，对马桶内流场进行数值模型，分析不同温度下气溶胶颗粒的运动情况，同时将仿真生成动画模拟展示给学生，增强学生对理论知识的掌握。

图1和图2为280K和300K温度下气溶胶颗粒的位置分布情况，结果表明不同温度下气溶胶颗粒扩散随着时间增加均向马桶右上方运动，随着冲洗的进行，气溶胶颗粒在气流拖曳力作用下开始运动，一段时间后颗粒群运动剧烈，颗粒速度增加并且颗粒扩散范围变大，由于固体力的存在使得气溶胶颗粒在空气中扩散范围增加。

300 K温度下在不同冲洗时间内气溶胶颗粒扩散范围更大，在4.5 s
时300 K温度下气溶胶颗粒运动高度为526 mm比280 K温度下高出44 mm，这是由于气溶胶颗粒受温度影响较大，在较大的温度下气溶胶颗粒运动更加剧烈。

图1 280K温度下气溶胶颗粒位置分布
图2 300K温度下气溶胶颗粒位置分布
2结语
借助Fluent数值模拟软件将数值传热学求解能量方程与专业软件相结合，采用不同方法对离散方程进行求解，夯实了学生的理论基础，增强学生的动手能力和创新思维，进而达到深化教育改革的目的。

参考文献
[1] 陶文铨. 数值传热学[M]. 第2版.西安: 西安交通大学出版社, 2001, 203-218．。