空气流过高温平板的流动与换热问题参考资料Word文档下载推荐.docx
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温度为TO、压强为PO的理想气体以均速VO流过温度为Tp、长为L的无限宽平板如图1所示。
对平板绕流的流动过程、热传导过程以及所受到的剪切应力分布等进行数值模拟计算。
VOy
Tpx
L=1m
对于平板于来流存在大温差的情况,必须考虑流体的可压缩性,为此我们假设来流是可压缩的。
设来流为空气,来流参数如下:
来流流速V=20m/s动力粘度u=1.89x10-5Pa·
S
导热系数λ=0.0247W/(m·
K)定压比热Cp=1005J/(Kg·
K)
来流温度TO=300K来流压强PO=101325Pa
由理想气体状态方程,来流气体的密度为
ρo=1.177Kg/m3
来流的雷诺数Re=1.266x10x6
2.数学模型
本次模拟为稳态,故去除各方程的时间项。
(1)质量守恒方程
该过程为稳态模拟,去除时间项后为
(2)动量方程
(3)本构方程
(4)能量方程
(5)状态方程
本次模拟只是传热,不包括传质。
3.模型建立及边界条件
3.1利用Gambit建立计算区域和指定边界条件类型
步骤1:
文件的创建及其求解器的选择
(1)启动Gambit软件
(2)建立新文件
在如下图所示文件创建框,输入kongqiliu作为创建的文件名。
保存于d盘的plate
(3)选择求解器
单击主菜单Solver在弹出的对话框中选择FLUENT5/6,即利用Fluent求解器求解。
步骤2:
创建控制点
选择Operation-Geometry-Vertex打开如下图所示对话框
在左边XYZ坐标对应的三个文本框中依次输入四个控制点坐标分别为(0,0,0)、(1,0,0)、(1,1,0)、(0,1,0)创建后如下图所示
步骤3:
创建边
选择Operation-Geometry-Edge,打开如下图所示对话框
在上图上面对话框中点击向上的箭头即可得到下面的对话框,选择2、3控制点单击向右的箭头在上面的框中单击Apply即可使2、3号控制点连线,同理把其余点依次连线组成矩形
步骤4:
创建面
选择Operation-Geometry-Face即可打开一对话框,在Edges文本框中把四根线都选上,然后单击Apply,可以看到四根线变成蓝色表明面已经创立。
利用Gambit软件右下角GlobalControl中Shade按钮就可以看到创建的面,如下图所示
步骤5:
网格划分
(1)边的网格划分
选择Operation-Mesh-Edges打开如下图所示的对话框
(2)面的网格划分
选择Operation-Mesh-Face打开面的网格划分对话框,在Face文本框中选择face.1面Spacing值设置为1.0,且其后对应的项目是Intervalsize,单击Apple即可把上诉的面划分网格如下图所示
步骤6:
边界条件类型的指定
选择Operation-Zones,打开如下图所示的对话框其中Name文本框是给边界命名Type是给边界类型指定,Edges选择边界,分别给1、3号边界命名Wall和SYMMETRY;
4和2号边界分别就是入口边界名和出口边界,指定类型为VELOCITY_INLET和PRESSURE-OUTLET,可看到如下图所示的效果
步骤7:
mesh文件的输出
选择File-Export-Mesh再打卡的对话框中输保存文件的文件名和存储路径单击Accept确定
2、利用Fluent求解器求解
求解器的选择
由于本例涉及的是二维管道流动,故打开Fluent软件后在弹出的对话
框如下选择二维求解
文件导入和网格操作
(1)读入文件
File-Read-Case,选择前面保存的文件打开,如图
(2)检查网格文件
Grid-Check,此操作是Fluent求解器对读入的网格文件进行检查
(3)设计计算区域尺寸
由于Gambit作图时默认单位是mm。
而Fluent默认单位是m,所以要通过ScaleGride对话框缩放计算区域,按下图所示设置数值
(4)显示网格
Display-Grid然后直接单击对话框中的Accept进行确认即可显示网格如下图所示
选择计算模型
(1)计算器的定义
Define-Models-Solver由于本例较为简单,此处可直接按默认值设定即可
(2)启动能量方程
(3)确定紊流模型,如下图所示
定义流体的物理性质
Define-Materials在弹出的对话框中单击FluentDatabase(流体数据库)选择流体为气体,如下图所示
步骤5操作环境的设置
Define-Operation-Conditions,环境压强按默认值大气压强,此处不考虑重力影响故基本也可按照默认值如下图所示
设置边界条件
Define-BoundaryConditions
(1)设置fluid流体区域的边界条件
在Zone列表框中选择fluid,在MaterialName文本框中选择为gas单击OK如下图所示
(2)设置ininflow边界条件
a、在Zone列表框中选择inflow,即入口边界,在弹出的对话框中按下图所示设置
b、在Zone列表框中选择outflow,即出口边界,在弹出的对话框中按下图所示设置
c、在Zone列表框中选择plate,在弹出的对话框中按下图所示设置
d、在Zone列表框中选择top,在弹出的对话框中按下图所示设置
求解方法的设置及其控制
(1)求解参数的设置
Solve-Control-Solution,按下图所示设定
(2)初始化
Solve-Initialize-Initialize在弹出对话框中设置ComputeFrom为inlet,依次单击Init、Apply、Close.
(3)打开残插图
Solve-Monitors-Residual,弹出的对话框按下图所示设置收敛临界值
(4)保存当前Case和Date文件
File-Write-Case&
Date保存设置
(5)开始迭代
Slove-Iterate设置迭代次数为10000,得到残差显示图如下所示
残图如下
(6)保存当前Case和Date文件
Date输入kongqiliu保存设置
3、实验小结
这是我第一次接触fluent,但是从我做了这第一个fluent后,我开始发现,这是一个好东西,是流体工程仿真的好软件哈。
虽然我的第一个fluent的流体仿真做得不是很好,但是从这以后,我会花更多的时间在它上面。
当然在这,要谢谢老师给我们上了这门课,让我们更好的了解了这个好东西。
以下无正文
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rdenpersö
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rStudien,Forschung,zukommerziellenZweckenverwendetwerden.
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