[工學]多圓柱擾流

1、.目錄一、題目.2二、物理現(xiàn)象分析和物理模型.2三、利用gambit建網(wǎng)格3四、利用fluent2D求解器進行求解.6五、網(wǎng)格獨立性檢驗30六、總結46一、題目：多圓柱擾流1）計算對象結構及參數(shù)（二維）300300075u50075100100500圖中長度單位：mm，圓柱直徑50mm進口：1atm，20°C的水壁面溫度：100°C，壁面材質：不銹鋼steel出口用出流物性參數(shù)取默認值，不做改動2）具體計算要求（前面列出的要求，這里不在列舉）：l 網(wǎng)格必須為四面體網(wǎng)格l 網(wǎng)格獨立性檢驗l 選擇合適的湍流模型l 對流項二階迎風格式l 分析進口速度為1m/s、50m/s、100

2、m/s和200m/s時的流動、換熱（在同一套選定的網(wǎng)格下，進行計算），進行比較。多圓柱擾流二、物理現(xiàn)象分析和數(shù)學模型1、對實際問題作必要的簡化，建立起相應的物理模型本題為二維多圓柱擾流，欲用數(shù)值方法得出其中的流動情況時，可作以下簡化處理：（1）水的物性為常數(shù)；（2），l=0.3m， ，v=1m/s,50m/s，100m/s,200m/s時，所以流動為湍流；（3）考慮換熱；（4）不考慮重力；（5）入口壓強位1atm，壓強較低，所以視水為不可壓縮流體。通過這些假設，就把這一問題簡化成為一個二維，穩(wěn)態(tài)，常物性，無內熱源的湍流流動問題，這就是所研究問題的物理模型。2、對所研究的物理模型建立起相應的數(shù)學

3、描述。連續(xù)性方程：動量方程： 初始條件：入口：v=1m/s 50m/s 100m/s 200m/s P=101325Pa T=293.15K 壁面：T=373.15K 材料為steel三、利用gambit建立網(wǎng)格：1、 啟動gambit2、創(chuàng)建長方形長方形設置對話框 3、 畫圓柱頂面圓面設置對話框 4、圓面的復制與平移 圓面的復制與平移對話框5、將長方形平面與圓面整合成一個平面長方形平面與圓面的整合對話框6、網(wǎng)格的設置 網(wǎng)格設置對話框 設置好的網(wǎng)格7、設置邊界類型 邊界類型對話框 四、利用fluent2D求解器進行求解 1、 啟動fluent并設置2D求解器2、讀入網(wǎng)格文件并檢查網(wǎng)格a、讀入網(wǎng)

4、格文件 b、檢查網(wǎng)格 單擊grid/check命令 c、檢查網(wǎng)格數(shù)量。單擊grid/info/size，可得網(wǎng)格數(shù)位97744.3、 確定單位長度mm單擊grid/scale點擊對話框中scale即可4、 顯示網(wǎng)格。單擊菜單欄中的Display/Grid可得下圖對話框 點擊對話框中Display，即可得網(wǎng)格圖形網(wǎng)格顯示圖5、 選擇計算模型a、選擇基本求解器。單擊Define/Models/Solver命令，彈出Solver對話框，在Time下選Unsteady，單擊OK，關閉對話框b、選擇其他計算模型。但擊Define/Models/Viscous命令，彈出Viscous Model對話框，計

5、算Re數(shù)，u1=1m/s時，；u2=50m/s時，；u3=100m/s時，；u4=200m/s時，。均為湍流在Model選項中選kepsilon，彈出如下圖對話框，保持默認設置，點擊OK按鈕關閉對話框。6、 啟動能量方程。單擊Define/Models/Energy彈出對話框，選中Energy Equation，點擊OK按鈕關閉對話框7、 設置操作環(huán)境。單擊Define/Operating Conditions，彈出對話框，保持默認，單擊OK關閉對話框。 操作環(huán)境設置對話框8、 定義流體的物理性質。單擊Define/Meterials彈出Meterials對話框，本題流體為水，水的物理性質通過

6、下列操作來進行。 Meterials對話框單擊對話框中的Fluent Database按鈕，彈出Fluent Database Meterials對話框，在Fluent Fluid Meterials下拉列表中選擇Water liquid選項，單擊Copy按鈕，即可把水的物理性質從數(shù)據(jù)庫中調出，單擊Close按鈕，關閉對話框。9、 設置邊界條件。設定物質的物理條件后，要對邊界條件進行設置。單擊Define/Boundary Conditions命令，彈出Boundary Conditions對話框，對計算區(qū)域的邊界進行具體化設置。a、 設置流體區(qū)域。在Zone列表框中選Fluid，在Type中

7、單擊Fluid，彈出Fluid對話框，在Meterial Name下拉列表框中選中water liquid選項，點擊OK按鈕，即可把區(qū)域中的流體定義為水。Boundary Conditions對話框 Fluid對話框b、 設置入口的邊界條件。在Zone中選擇in，在Type中單擊velocity-inlet，彈出velocity inlet對話框，在Velocity Magnitude 中輸入1，在Temperature中輸入293.15，其余保持不變，點擊OK按鈕，in邊界條件設置完畢。 入口邊界條件設置對話框c、 設置出口邊界條件。在Zone中選擇out，在Type中單擊outflow，彈

8、出outflow對話框，點擊OK按鈕，出口邊界條件設置完畢。 d、 設置壁面邊界條件。單擊Define/Materials彈出Materials對話框，將Material Type下改為solid ，點擊Fluent database，彈出Fluent Database Materials對話框，將Material Type下改為solid，在Fluent Solid Materials下拉菜單中選中Steel，點擊Copy，再點close關閉對話框，點擊Materials中Change/Creat按鈕，再點close按鈕關閉對話框。在Zone中選擇wall1，在Type中單擊wall，彈出w

9、all對話框，在Thermal Conditions下菜單中選中Temperature，將Temperature后溫度改成373.15 。在Material Name下拉菜單中點steel，再點擊OK按鈕關閉對話框，邊界wall1設置完畢。邊界wall2設置同wall1。Materials對話框Fluent Database Materials對話框壁面邊界條件設置對話框10、 求解方法的設置及控制。邊界條件設定好以后，即可設定連續(xù)性方承諾和能量方程的具體求解方式。a、 設置求解參數(shù)。單擊菜單欄中的Solve/Controls/Solution命令，彈出Solution Controls對話框

10、。接受系統(tǒng)默認設置，直接單擊按鈕。Solution Controls對話框b、 初始化。單擊菜單欄中的Solve/Initialize/ Initialize命令，彈出Solution Initialization對話框，在Compute From下拉列表框中選擇in選項，然后依次單擊Init，Apply和Close按鈕。Solution Initialization對話框c、 設置監(jiān)視器。單擊菜單欄中的Solve/Monitors/Residual命令，彈出Residual Monitors對話框，勾選Option是選項組中的Plot復選框，從而在迭代計算時動態(tài)顯示計算殘差，其他項保持默認設

11、置，點擊OK按鈕。d、 保存Case和Data文件。單擊菜單欄中的File/Write/Case&Data命令，保存前面所有的設置。11、 迭代。單擊菜單欄中的Solve/Iterate/命令，彈出Iterate對話框。得帶設置如圖所示，單擊Iterate按鈕，F(xiàn)LUENT求解器開始求解，可以看單如下圖的殘插圖。 Iterate對話框 殘差曲線圖12、 后處理。a、 顯示溫度和速度等值線。迭代收斂后，單擊菜單欄中的Display/Contours命令，彈出Contours對話框。單擊Surface說列表上方的按鈕，選中Contours of下拉菜單中的Temperature，單擊Dis

12、play按鈕，即可顯示溫度等值線。在Contours of下拉菜單中選中Velocity選項，單擊Display選項按鈕，即可顯示速度等值線圖。溫度等值線圖速度等值線圖b、 顯示速度矢量圖。單擊菜單欄中的Display/Vectors命令，彈出Vectors對話框，單擊Surfaces列表上方的按鈕，選中所有可以顯示的部分，單擊Display按鈕，即可顯示速度矢量圖。 Vectors對話框速度矢量圖以上是入口流速為u1=1m/s時的結果。u=50m/s 100m/s 200m/s 時，步驟同上只需在入口邊界設置時將速度設置成相應的速度并重新初始化即可。網(wǎng)格數(shù)為97744，u=50m/s時：殘差

13、曲線圖溫度等值線圖速度等值線圖速度矢量圖網(wǎng)格數(shù)為97744，u=100m/s時：殘差曲線圖溫度等值線圖速度等值線圖速度矢量圖網(wǎng)格數(shù)為97744，u=200m/s時：殘差曲線圖溫度等值線圖速度等值線圖速度矢量圖五、網(wǎng)格獨立性檢驗：網(wǎng)格數(shù)為57846，u=1m/s:殘插曲線圖溫度等值線圖速度等值線圖速度矢量圖網(wǎng)格數(shù)為57846，u=50m/s:殘插曲線圖溫度等值線圖速度等值線圖速度矢量圖網(wǎng)格數(shù)為57846，u=100m/s:殘插曲線圖溫度等值線圖速度等值線圖速度矢量圖網(wǎng)格數(shù)為57846，u=200m/s:殘插曲線圖溫度等值線圖速度等值線圖速度矢量圖網(wǎng)格數(shù)為8097，u=1m/s:殘插曲線圖溫度等值線圖速度等值線圖速度矢量圖網(wǎng)格數(shù)為8097，u=50m/s:殘插曲線圖溫度等值線圖速度等值線圖速度矢量圖網(wǎng)格數(shù)為8097，u=100m