立式陈列柜风幕数值模拟的双流体模型

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1、立式陈列柜风幕数值模拟的双流体模型余克志丁国良陈天及摘要：考虑到陈列柜风幕的流动特点，采用双流体模型对立式陈列柜风幕进行数值模拟，其中内外风幕采用传统的K—紊流模型，陈列柜外的环境空气采用非紊流模型。两种流体之间的质量、动量和能量交换采用经验关系式处理。通过对风幕温度的测试结果比较发现，双流体模型的模拟结果相当吻合，是很有价值的的风幕计算模型。同时指出了双流体模型的不足和需要改进的地方。关键词：陈列柜风幕双流体模型紊流7立式陈列柜风幕数值模拟的双流体模型余克志丁国良陈天及摘要：考虑到陈列柜风幕的流动特点，采用双流体模型对立式陈列柜风幕进行数值模拟，其中内外风幕采用传统的K—紊流模

2、型，陈列柜外的环境空气采用非紊流模型。两种流体之间的质量、动量和能量交换采用经验关系式处理。通过对风幕温度的测试结果比较发现，双流体模型的模拟结果相当吻合，是很有价值的的风幕计算模型。同时指出了双流体模型的不足和需要改进的地方。关键词：陈列柜风幕双流体模型紊流7立式陈列柜风幕数值模拟的双流体模型余克志丁国良陈天及摘要：考虑到陈列柜风幕的流动特点，采用双流体模型对立式陈列柜风幕进行数值模拟，其中内外风幕采用传统的K—紊流模型，陈列柜外的环境空气采用非紊流模型。两种流体之间的质量、动量和能量交换采用经验关系式处理。通过对风幕温度的测试结果比较发现，双流体模型的模拟结果相当吻合，是很有

3、价值的的风幕计算模型。同时指出了双流体模型的不足和需要改进的地方。关键词：陈列柜风幕双流体模型紊流7立式陈列柜风幕数值模拟的双流体模型余克志丁国良陈天及摘要：考虑到陈列柜风幕的流动特点，采用双流体模型对立式陈列柜风幕进行数值模拟，其中内外风幕采用传统的K—紊流模型，陈列柜外的环境空气采用非紊流模型。两种流体之间的质量、动量和能量交换采用经验关系式处理。通过对风幕温度的测试结果比较发现，双流体模型的模拟结果相当吻合，是很有价值的的风幕计算模型。同时指出了双流体模型的不足和需要改进的地方。关键词：陈列柜风幕双流体模型紊流7风幕对陈列柜的保温性能有十分重大的影响，国内外许多研究者对其进

4、行过研究[1—8]。考虑到陈列柜的开口处的边界条件难于确定，为计算方便起见，很多研究者将开口处计算区域加以扩充，并认为扩充区域的边界不受陈列柜风幕的影响，其速度按无滑移的边界条件考虑，温度按实际测试的结果确定。由于陈列柜外由于风幕卷吸的环境空气流速很小，不会象风幕一样处于强烈的紊流状态。但他们的计算模型往往采用单一的紊流模型（K—e模型，雷诺应力模型或者大涡模拟），这显然与实际情况不符。考虑到陈列柜外环境空气的非紊流特点，采用双流体模型对陈列柜风幕进行数值模拟，其中内外风幕采用传统的K—e紊流模型，陈列柜外的环境空气采用非紊流模型，同时考虑到两种流体之间的质量、动量和能量交换。1

5、双流体模型的思路和特点紊流的双流体模型是Spalding提出的，其基本思路是：认为紊流流动可以看作两种流体各自的运动及其相互作用的综合；两种流体在时空上共存，具有各自的容积分数；两种流体认为是可以互相渗透的连续介质，它们的运动遵守各自的控制微分方程组；两种流体之间可能存在着质量、动量和能量方面的相互作用。两种流体的划分标准可以是流体的浓度、温度、流向等[9]。本文中以紊流和非紊流流体作为两种流体的划分标准。双流体模型应用于自由射流、羽流、壁面流和管流中取得了很大的成功，模拟结果和实际测试结果符合得很好[9-14]，但目前没有应用于陈列柜风幕的实例。从物理机理上分析，相对于紊流的单

6、流体模型，双流体模型更能够准确地反应紊流的流动状况。但由于同时求解两套方程组，同时两种流体的方程之间存在强烈的耦和关系，其求解的难度更大，需要一定的求解技巧。2风幕的双流体模型2.1控制方程风幕双流体模型的通用方程是[13]：(Ⅰ)　(Ⅱ)(Ⅲ)　(Ⅳ)　(Ⅴ)(Ⅵ)其中下标k表示流体种类，可取为1或2，为方便起见，流体1表示紊流流体，流体2表示非紊流流体；下标j表示空间坐标；表示该种流体占有的体积分数（或存在几率）；表示因变量，取为1时对应连续性方程，如取速度、温度分别对应动量方程、能量方程。方程中的第(Ⅰ)项是不稳态项；第(Ⅱ)项是对流项；第(Ⅲ)项是扩散项；第(Ⅳ)项是相扩

7、散项；第(Ⅴ)项是该流体内部的源项；第(Ⅵ)项是两种流体相互作用的源项。由于紊流流体采用K—e紊流模型，可得到紊流流体和非紊流流体的控制方程组[10,13-14]，如表1、2所示。表1紊流流体的控制方程组方程连续100x动量y动量能量0湍能0湍能耗散率0表2非紊流流体的控制方程组方程连续100x动量y动量能量0上两表中，，，其余常数如下表3所示。表3双流体模型的常数表0.091.441.921.01.30.951.02.2两流体的质量、动量和能量交换关系双流体模型成功的关键在于两