考虑自然对流与不考虑自然对流的模拟方法 [复制链接]

此示例描述火柴点燃时周围空气自然对流的两种方法，这是一种常见的自然对流现象。但是，在自然对流的模拟中，由于流体流动自由性强，模型建立过程中经常会出现不收敛的情况，本文介绍了两种模拟自然对流的方法，并讨论了如何提高模型的收敛性。

此示例分析室温下，点燃火柴后其周围空气对流情况，使用非等温流来耦合流场与温度场，本模型的目的是分析火柴燃烧后其周围空气的流动状态。

首先，假设在室温20℃，从火柴盒中拿出一根火柴点燃，假设火柴火焰温度为℃。为简化计算，模型采用二维建模，一般火材的长度为3cm，宽度为1mm，火柴头部外径2mm，几何模型如图1所示，为简化模型，将火柴用一个直径2mm的圆代替。

边界条件

假设模型从火柴燃烧一刻开始计算，火柴燃烧时温度保持稳定，则可以将火柴头部温度设置成℃，空气温度选择室温20℃，火柴与空气的初始温度选择室温。在传热模块四周边界选择开边界，温度与室温相同，流体模块四周选择开边界，即法向应力为0。在流体模块中为了给出初始条件，在边界处选择点压力约束，其大小为大气压。

网格

结果

本模型的难点首先在于模型的边界条件，模型自由度越高越不容易收敛，在计算过程中将传热模块与流体模块四周需要设置成开边界。其次，空气对流的产生是由于空气密度在温度不同产生密度差，因此需要将空气密度设置成随温度变化的函数。最后，流体模块在计算时，如果边界无约束情况下需要给出一个约束条件，即点压力约束，如果不加模型将不能收敛。