2024年計(jì)算流體力學(xué)大作業(yè)

Case1.二維方腔驅(qū)動(dòng)流問題描述如圖所示，特性長度為方腔邊長，特性速度為u。上邊界以已知速度u移動(dòng)，其他邊界為靜壁面。試求在Re=100、1000、10000、100000時(shí)，空腔內(nèi)流體的流動(dòng)狀態(tài)，比較不一樣Re流動(dòng)特性的差異。一．Re=100在一種正方形的二維空腔中充斥等密度的空氣，上邊界以速度u移動(dòng)，由Re=ud/ν,又ν=1.789×10-5m2/s，方腔每邊長為l=0.1m,可求得速度u=0.01466m/s。其他邊界為靜壁面。同步帶動(dòng)方腔內(nèi)流體流動(dòng)。速度矢量圖總壓等值線圖水平中心線（y=0）上豎直速度分量(v)分布V-x豎直中心線（x=0）上水平速度分量（u）分布U-y不一樣Re方腔內(nèi)流函數(shù)的分布狀況Re=1000Re=10000Re=100000不一樣Re方腔內(nèi)總壓分布狀況Re=1000Re=10000Re=100000方腔驅(qū)動(dòng)流是數(shù)值計(jì)算中比較簡樸，具有驗(yàn)證性的一種流動(dòng)狀況，受到諸多研究者的關(guān)注。本文通過不一樣雷諾數(shù)觀測(cè)方腔流動(dòng)，所得結(jié)論如下：

（1）當(dāng)雷諾數(shù)較小時(shí)，腔中渦旋位置貼近腔體上壁面中部，伴隨雷諾數(shù)Re的增長，渦旋位置逐漸向下方靠近。（2）伴隨雷諾數(shù)的增長，渦旋的位置逐漸靠近腔體中心。（3）方腔壁面上的速度不小于其他地方的速度。Case2.圓管的沿程阻力問題描述如圖，常溫下，水充斥長度l的一段圓管。圓管進(jìn)口存在平均速度u，壁面的當(dāng)量粗糙高度為0.15mm。試求在不一樣雷諾數(shù)下，計(jì)算該圓管的沿程阻力系數(shù)λ，分析比較Re與λ的關(guān)系。出口截面速度分布如下可見，出口截面流速分布較為明顯，呈同心圓分布，內(nèi)層流速偏大，外層靠近壁面處流速幾乎為0，分層更為嚴(yán)重，邊界層很薄。Y=0截面速度分布圖可以看出圓管水流湍流入口段及之後的流速發(fā)展趨勢(shì)，并且顯示流速變化的規(guī)律更為明顯。軸線壓降圓管湍流中的壓降，除了入口段壓強(qiáng)分布因流速急劇上升而下降稍快外，管道後端速度呈充足發(fā)展?fàn)顟B(tài)，壓降呈線性，即△p隨L的增長而減少。Case3.三維繞流問題問題描述地面有一矩形障礙物，空氣以一定速度正面流向障礙物，非定常，湍流流動(dòng)，Re＞105，Re取107，由Re=ud/ν,求得速度為7.3m/s。1.壓力分布雲(yún)圖2.對(duì)稱面上的速度分布雲(yún)圖3.速度矢量圖4.y=2處壓力分布雲(yún)圖5.y=2處速度分布雲(yún)圖Case4.濕蒸汽在拉瓦爾噴管中的凝結(jié)1.問題描述此模型對(duì)拉瓦爾收斂-擴(kuò)張噴管中蒸汽凝結(jié)問題進(jìn)行考慮。示意圖如圖1所示。噴管幾何形式為二維的，噴管喉部高度為1cm。流體在進(jìn)入噴管時(shí)為干燥蒸汽，由于流動(dòng)在喉部的加速，迅速凝結(jié)過程就會(huì)出現(xiàn)。蒸汽首先過冷而匯集，形成氣液兩相形式的蒸汽。1.噴管重要參數(shù)分布雲(yún)圖壓力雲(yún)圖靜溫雲(yún)圖混合相密度分布雲(yún)圖液滴形成速率雲(yún)圖噴管軸向液滴數(shù)目和液滴成核率分布曲線結(jié)論與分析起初過熱蒸汽伴隨Laval噴管流通面積的逐漸減小，氣體膨脹冷凝，溫度和壓力逐漸減低，過冷度起伏較小，當(dāng)在距入口0.08m處，過冷度上升到一定值，液滴開始緩慢生長，不過液滴平均半徑變化并不明顯，這是由于此時(shí)液滴尚未到達(dá)臨界半徑，濕蒸汽中尚未產(chǎn)生凝結(jié)核，液滴不能深入凝結(jié)生長。而當(dāng)過冷度深入增大到最大值時(shí)，此時(shí)蒸汽處在Wilson點(diǎn)(熱力學(xué)不平衡狀態(tài)極點(diǎn))，蒸汽開始凝結(jié)，此時(shí)有大量的凝結(jié)核急劇凝結(jié)產(chǎn)生，液滴生長率也明顯上升，促使蒸汽分子在凝結(jié)核上大量凝結(jié)并生長，進(jìn)而液滴數(shù)量和半徑也逐漸增長。不過，伴隨凝結(jié)過程的進(jìn)行