流體與傳熱數(shù)值計(jì)算大作業(yè)

VUI問(wèn)題描述：一個(gè)冷、熱水混合器的內(nèi)部流動(dòng)與熱量交換問(wèn)題。溫度為T(mén)=350k的熱水自上部的熱水小管嘴流入，與自下部右側(cè)小管嘴流入的溫度為290k的冷水在混合器內(nèi)部混合進(jìn)行熱量與動(dòng)量交換后，自下部左側(cè)小管嘴流出?；旌掀鹘Y(jié)構(gòu)如下圖1-1所示。輸入條件：JHKG20CMEDF3CMQPTS混合后冷水入口出口熱水溫度T=350K,熱水入口速度v=10m/s;rr冷水溫度T=290K,冷水入口速度v=10m/s;l圖換熱器簡(jiǎn)圖l2.利用打開(kāi)gambit，選擇fluent5/6求解器，首先在工作區(qū)建立20*20的網(wǎng)格，再根據(jù)模型的幾何尺寸要求，確定出不同類(lèi)型邊界的交點(diǎn)及圓弧中心點(diǎn)。再由節(jié)點(diǎn)逐步建立出混合器的壁面及各個(gè)小管嘴，最終建成各個(gè)面，從而生成換熱器的幾何模型。CD,FG,GH,KL,在“intervalcount”中填入15，將各條邊分成15份。同樣操作，其它邊分成5分。完成上述工作后，可查看網(wǎng)格劃分情況，如圖所示：圖2-1換熱器網(wǎng)格圖如圖所示，這個(gè)換熱器的邊界主要就是入口邊界與出口邊界需要設(shè)置，入口邊界有冷水入口ST與熱水入口UV，出口邊界只有冷熱水混合后出流口PQ，因此打開(kāi)”ZONES”中“SpecifyBoundaryType”對(duì)話框，在“Action”項(xiàng)選選擇“velcocityinlet”類(lèi)型，最后選取邊界線ST，點(diǎn)擊Apply,這樣就設(shè)置了ST的邊界類(lèi)型，類(lèi)似的操作，可設(shè)置邊界UV和PQ的邊界類(lèi)所示：圖邊界類(lèi)型設(shè)置對(duì)話框File/Export/MeshExport2DMesh輸出文件，該文件可直接有Fluent讀入。1）以二維單精度方式啟動(dòng)Fluent，讀入網(wǎng)格文件，這樣就完成了網(wǎng)格文件的輸入操作。2）選擇Grid中Check,對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行檢查，網(wǎng)格檢查列出了x,y的最小值和最大值，也報(bào)告出了網(wǎng)格的其它特性，如單元的最大體積，最小體積，最大面積將無(wú)法進(jìn)行計(jì)算。3）平滑網(wǎng)格。對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行平滑操作，可進(jìn)一步確保網(wǎng)格質(zhì)量。FluentGambit下構(gòu)建網(wǎng)格時(shí)使用的是Grid中的Scale中將網(wǎng)格的長(zhǎng)度單位改為cm。選擇非耦合（Segragated）求解法，并使用隱式算法（Implicit）,空間屬擇k-ξ湍流模型。k-ξ雙方程模型適合絕大多數(shù)的工程湍流模型，其中k為湍動(dòng)能，定義為速度波動(dòng)的變化量，其單位是m/s。ξ為湍動(dòng)能耗散，即指速度22波動(dòng)耗散的速度，其單位是單位時(shí)間的湍動(dòng)能，m/s。32其控制方程如下：連續(xù)方程：?U0t動(dòng)量方程：TU?UU?U?p'?UBteffeff湍動(dòng)能方程：kkp??ttkk湍動(dòng)能耗散方程：?U?CPCttk21k并選擇能量方程：連續(xù)方程：動(dòng)量方程：?UStim其中定解條件：將邊界條件（兩個(gè)入口溫度與流速）在fluent中設(shè)置好了以后，對(duì)流場(chǎng)進(jìn)后進(jìn)行迭代計(jì)算，如果迭代收斂，則表明定解，如果發(fā)散，則沒(méi)有定解。1）創(chuàng)建新流體，取名為water。并在屬性欄內(nèi)輸入流體的各項(xiàng)物理參數(shù)：Conductivity（導(dǎo)熱系Change/Create，在彈出的對(duì)話框中選No，這就使名為water的流體添加到材料選擇列表中。2）設(shè)置邊界條件。1、設(shè)置流體。打開(kāi)“Boundary擇流體（fluid）,設(shè)置（set）,并在MaterialName下拉列表中選擇water.2、設(shè)置冷（熱）水入口邊界條件。在zone欄中選擇inlet1，點(diǎn)擊設(shè)置，在VelocitySpecificationMagnitudeNormaltoVelocityMagnitude（入口速度）輸入10，在湍流定義方法中選擇強(qiáng)度與水力直徑，湍流強(qiáng)度一欄中走入5，水力直徑中填入2。用同樣的方法設(shè)置熱水入口邊界條件。3、為出流口設(shè)置邊界條件。在zone欄內(nèi)選擇outlet，再點(diǎn)擊Set，打開(kāi)Outflow對(duì)話框，保持默認(rèn)值，確認(rèn)。對(duì)于壁面，也選擇默認(rèn)值。1）流場(chǎng)初始化。從Solver中打開(kāi)SolutionInitiation，在Computefrom列表中選擇inlet2，即從入口2開(kāi)始計(jì)算，則表中數(shù)據(jù)與邊界inlet2相同。鑒到迭代計(jì)算的收斂速度。點(diǎn)擊int，關(guān)閉對(duì)話框。2）設(shè)置監(jiān)視器窗口，監(jiān)測(cè)特殊截面上物理量的變化。在出口處，所關(guān)心的是溫度、速度是否達(dá)到穩(wěn)定值，為此，可以設(shè)置監(jiān)視器，對(duì)所關(guān)心的截面和物理量進(jìn)行監(jiān)測(cè)。這里，所關(guān)心的截面是出口outlet，所以在surface項(xiàng)選擇監(jiān)測(cè)表面為outlet；Reportof中選擇溫度。3）設(shè)置求解控制參數(shù)。由于求解器中默認(rèn)的是一階離散化方法，而在流體計(jì)算中要求解非線性方程，為改善求解精度，應(yīng)將能量方程改成二階迎風(fēng)格式，SIMPLE由1改為，其余保持不變。4）迭代計(jì)算。迭代次數(shù)設(shè)為300次。單擊Iterate按鈕，進(jìn)行迭代計(jì)算計(jì)算結(jié)果如圖所示，達(dá)到規(guī)定的收斂精度，完成數(shù)值計(jì)算。圖出口平均溫度變化曲線200已經(jīng)基本達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)了。5）顯示計(jì)算結(jié)果：在Fluent器內(nèi)的等壓線圖；圖速度分布圖圖速度矢量圖圖溫度分布圖圖溫度等值線圖圖換熱器內(nèi)等壓線圖來(lái)改善網(wǎng)格。在改動(dòng)網(wǎng)格之前，應(yīng)該先確定溫度梯度的范圍，一旦得到改進(jìn)，即可繼續(xù)計(jì)算。1）繪制用于改進(jìn)網(wǎng)格的溫度梯度圖。在Contoursof下拉列表中選擇Adaption和AdaptionFunction；在Options下不選NodeValues，點(diǎn)擊Display，即可得到溫度梯度圖如圖所示。2）Options下不選AutoRange，由此以改變最小溫度梯度值。再將最小變量由1改為，點(diǎn)擊Display，得到圖，有顏色的網(wǎng)格就是高梯度范圍，應(yīng)予以改進(jìn)。3）對(duì)高溫度梯度內(nèi)的網(wǎng)格進(jìn)行改進(jìn)。打開(kāi)GradientAdaption，在Gradientof下拉列表中選擇Temperature，不選擇Coarsen，僅執(zhí)行網(wǎng)格修改功能；點(diǎn)擊Compute,將修正最大及最小值；并在RefineThresholdMark,再點(diǎn)擊Adapt,并確認(rèn)，從而就可以得到改進(jìn)后的網(wǎng)格。如圖所示。圖換熱器內(nèi)的溫度梯度圖溫度梯度較高的單元圖改進(jìn)后的網(wǎng)格圖4）繼續(xù)進(jìn)行300次迭代計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如圖所示