中国石油大学华东流体力学模拟上机实验2Word文档下载推荐.docx
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摘要:
流体力学数值模拟是在流体力学的学习过程中很重要的一部分,以计算机为技术手段,运用一定的计算技术寻求流体力学复杂问题的离散化数值解。
引言
流体力学是连续介质力学的一门分支,是研究流体(包含气体,液体以及等离子态)现象以及相关力学行为的科学。
可以按照研究对象的运动方式分为流体静力学和流体动力学,还可按流动物质的种类分为水力学,空气动力学等等。
描述流体运动特征的基本方程是纳维-斯托克斯方程,简称N-S方程。
纳维-斯托克斯方程基于牛顿第二定律,表示流体运动与作用于流体上的力的相互关系。
纳维-斯托克斯方程是非线性微分方程,其中包含流体的运动速度,压强,密度,粘度,温度等变量,而这些都是空间位置和时间的函数。
一般来说,对于一般的流体运动学问题,需要同时将纳维-斯托克斯方程结合质量守恒、能量守恒,热力学方程以及介质的材料性质,一同求解。
由于其复杂性,通常只有通过给定边界条件下,通过计算机数值计算的方式才可以求解。
二维有障碍通道内的流动
计算目的
初步掌握软件的操作和边界条件的设置方法
通过计算了解障碍通道内的流体运动的特性
物理问题
假设流体在一个两维通道内的流动,流体从左边流入,从右边流出,通过数值模拟的方法分析判断流体的运动特性。
模型的建立
启动Gambit软件
创建控制点,设定workingdictory开始建立建立模型。
1.流动空间面建立10m*10m计算空间矩形面。
2.建立车型障碍物
车轮半径---0.2
车轮原点坐标---X=4,X=8
车体位置---X=4,Y=0.4宽4米,高3米。
操作步骤:
建立车体solid1,平移障碍物至x=处。
建立车轮solid2,调整到设置位置,通过copy功能复制solid2建立另一车轮solid3,并平移至适当位置。
点击布尔运算按钮substractrealface对于创建的面进行布尔运算(同时减掉solid1,solid2,solid3)得到计算网格填充生成区间。
对计算区间生成网格,在mesh下点击meshface生成网格。
结果如下图
(网格效果填充图)
显示边界名称,结果如下图。
(效果图)
3.设置进口和出口的边界条件
设置edge4为速度进口(type:
velocity_inlet)
设置edge2.edge3为出口(outflow)其余不舍默认固体边界。
4.保存文件———file/saveas
5.启动fluent软件选择2ddp,run
检查网格无错误后进行计算模型的建立。
space下,选择2d,其他默认。
默认为层流,改变k-epsilon(2-eqn),其他默认。
设置介质属性,介质为water-liquld
设置工作条件,默认压强1atm(101,325pa)
设置边界条件:
入口速度和出口条件。
选择inlet。
设置进口速度为X方向1m/s,出口条件Y方向1m/s.并设置适当出口条件。
6.求解
操作步骤,设定计算格式:
solve-control-solution
设置inlet,Xvelocity为1m/s,Yvelocity为0m/s,Gaugepressure0Pa
打开残差监视器,观察计算残差,并进行500次迭代
绘制流场速度分布矢量图
流动中的压力大小云图
结论
通过改变障碍物的位置,大小,形状等条件,重新进行了流场的计算。
计算结果
卡门涡街-非稳定流动模拟
改变Re的大小,利用fluent软件进行模拟,对于Re大于46的情况下卡门涡街进行数值模拟。
假设粘性流体流过圆柱时,流场的特性会随着Re的变化而变化。
随着Re的进一步增大,分离点前移,漩涡也会相应增大,当Re大约为46时,脱体漩涡就不再对称,而是以周期性的交替方式离开援助表面,在尾部就形成了著名的卡门涡街。
1.创建控制点坐标,(0,0)(1,0)(0,0.2)(1,0.2)(0.2,0.1)(0.1,0.08)(0.18,0.1),单击vertices按钮后的箭头,创建长1m,宽0.2M的矩形平面,在以(0.2,0.1)为原点创建圆。
2.打开createfaceformwireframe对话框,创建面。
3.打开subtractrealfaces对话框,进行布尔减运算,从矩形面中减去圆形面。
4.网格的划分:
打开meshedges对话框,进行网格的划分。
选择要操作的边,设置spaceing数值,对应于intervalcount。
edge6设置spaceing值为40,edge1,edge3设置spaceing值为20,edge2,edge4设置spaceing值为100,得到网格划分情况。
5.边界条件类型的指定
打开specifyboundarytypes对话框,点击add,添加边界条件,type类型中选择VELOCITY_INLET设置edge1为inlet,edge3对应outflow,其他为wall。
并输出文件,如图。
6.利用fluent软件求解。
选择2d,单击run.读入网格并检查。
设置计算区域并计算网格。
7.求解器的定义
Time对应unsteady,使用非稳态模型。
Unsteadyformulation对应2nd-orderimplicit,其他默认原数值。
设置操作环境缤纷设置流体的物理性质。
设置为水的物理参数。
8.设置边界条件
Materialname中选择water-liquid,选择入口inlet设置为velocity-inlet,入口水流速度改为0.01m/s.同样设置outlet,wall等边界条件。
9.设置求解参数并初始化,然后打开残差图,设置动画开始录制涡脱落的过程。
10.保存文件后开始迭代并显示速度轮廓线,涡量等值线图如下所示
显示速度矢量图
下面改变Re的数值,得到不同情况下的流场。
改变Re=0.1m/s的情况。
迭代并显示网格图
脱落过程
速度矢量图
涡量等值线图
改变max值图
改变Re=1m/s的情况。
迭代并显示网格
改变MAX值
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