计算流体动力学.docx
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计算流体动力学
问题描述:
一个冷、热水混合器的内部流动与热量交换的问题。
温度为T=350K自上部的热水小管嘴流入,与自下部右侧小管嘴流入的温度为290K的冷水在混合器内进行热量与动量的交换后,自下部左侧的小管嘴流出。
混合器结构如图1所示。
一利用GAMBIT建立混合器计算模型
1)利用坐标网格创建节点;
2)在两个节点之间创建直线;
3)利用圆心和端点创建一段圆弧;
4)由边创建面;
5)对各条边定义网格节点的分布;
6)在面上创建网格;
7)定义边界类型;
8)为FLUENT5/6输出网格文件。
图1
二利用FLUENT5/6求解器进行求解
1)读入网格文件;
2)确定长度单位为cm;
3)确定流体材料及其物理属性;
4)确定边界条件;
5)计算初始化并设置监视器;
6)使用分离式、隐式求解器求解;
7)利用图形显示方法察看流场与温度场;
8)使用能量方程的二阶差分格式重新计算,改善温度场的计算;
一GAMBIT建模及网格划分
1、利用GAMBIT建立混合器几何模型,如图2。
图2混合器几何模型
2、混合器几何边线网格划分,如图3。
3、混合器内部网格划分,如图4。
图3混合器边线网格图4混合器内部网格
4、设置边界类型,如图5。
5、确定求解器为FLUENT5/6。
6、输出网格并保存,如图6。
图5边界类型设置对话框图6输出网格对话框
二利用FLUENT进行仿真计算
启动FLUENT的2D求解器。
1、网格相关操作
1)读入网格文件,并检查,如图7、8。
图8网格检查信息反馈
图7读入网格文件信息反馈
2)确定长度单位为cm,如图9。
图9长度设置对话框
3)显示网格,如图10。
图10混和器网格图
2、建立求解模型
1)采用分离式求解器、隐式算法、2D空间、定常流动、绝对速度,其余默认。
2)设置k-epsilon湍流模型,保持默认,如图11。
3)激活能量方程。
3、设置流体的物理属性
创建water新流体,并设置其物理属性,如图12。
图11k-epsilon湍流模型设置
图12流体材料物理属性对话框
4、设置边界条件
1)设置流体,选择上一步已定义的water。
2)设置入口速度边界条件,如图13。
图13inlet1速度边界设置对话框
Inlet2入口温度为350K,其余与inlet1相同。
2)设置出流口边界条件,只需制定outflow边界性质即可。
对于壁面,保持默认,不作更改。
4、求解
1)流场初始化,如图14。
图14流场初始化对话框
2)设置监视器窗口,监测特殊截面上物理量的变化,如图15、16。
图15表面监视器设置
图16表面监视器定义
3)开始进行300次迭代计算。
出口截面上的平均温度与平均速度监视器窗口的曲线如图17。
由监测曲线可以看出,迭代140次后,出口截面上的平均温度已经达到稳定状态了。
图17出口平均温度变化曲线
5、显示计算结果
图18速度分布图
图19温度分布图
图20速度矢量图
图21混合器内的等压线图
图22出流口截面上的温度分布图
6、使用二阶离散化方法重新计算
以上的求解使用的是一阶离散化方法。
一般来说,其计算结果收敛性不理想,数据会上下波动。
为改善求解精度,往往将能量方程改为二阶离散化方法重新计算。
1)设置能量方程的二阶离散,降低松弛系数,如图23。
图23求解器设置对话框
2)继续进行200次迭代计算。
3)温度分布,如图24。
图24温度分布图
将此图与前面的温度分布图比较,可以看出温度分布得到较好的改善。
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