计算流体力学——多圆柱扰流过程计算报告.docx

计算流体力学原理及应用课程大作业专业年级 10级热动 姓名学号 彦潇云 授课教师 机电学院热能动力系二一三年六月一、 题目：多圆柱扰流1） 计算对象结构及参数（二维）400300075u50075100100500 图中长度单位：mm，圆柱直径50mm进口：20C的水，把水的导热系数改为30W/m K.壁面温度：300C，壁面材质：不锈钢steel出口用出流物性参数取默认值，不做改动2）具体计算要求（前面列出的要求，这里不在列举）： 网格必须为四面体网格 网格独立性检验 选择合适的湍流模型 对流项二阶迎风格式 分析进口Re数为1000，5000，50000时的流动、换热（在同一套选定的网格下，进行计算），进行比较。二、 流体网格画制由于前部分流段（-500mmx1200mm）有圆柱扰流，故将网格画得较为密集，后面流段（1200mmx2500mm）流动干扰较少，故将网格画得稍微稀疏一些，以减少计算机计算工作量1200x2500-500x1200图1 网格绘制图三、 简单的物理现象分析和数学模型（控制方程）物理现象分析：壁面温度远远高于流体温度，流体流过时，被壁面加热，流体温度随着流程温度逐渐升高。流体经过前面三个等直径的圆柱，扰流后再经过后面两圆柱扰流。随着流速的增加，流体雷诺数逐渐增大，流体从层流逐渐过渡到紊流。数学模型：1）已知进口Re数为1000，5000，50000，查取资料可知20温度的水的运动粘度v=1.006106 m2/s，则根据Re=ulv计算出流体进口流速分别为u1=0.02012m/s、u2=0.1006m/s、u3=1.006m/s Re：雷诺数u：流体流速 l：扰流圆柱特征尺寸 v：流体（水）的运动粘度 2）控制方程能量方程： 根据系统可知，此运用的是内部强制对流传热，则：当流动为层流时 Nuf=RefPrfld13(fw)0.14当流动为紊流时 Nuf=0.023Ref0.8Prf0.4 Prf：普朗特数 Nuf：努塞尔数四、 当Re=10002300时根据控制方程及题设条件，设置流体为层流稳态导热，流体入口温度为293.15K，流速为u1=0.02012m/s，运动粘度=1.006106 m2/s，固体壁面温度为573.15K。具体设置步骤如下：1.打开Fluent软件，将网格导入Fluent，并进行网格独立性检验；2.修改单位，将图形尺寸单位改为mm；3.将其设置为稳态流动；4.设置能量方程；5.设置为层流；6.把流体更改为水，并将水的导热系数改为30W/mK，运动粘度改为1.00610-6m2/s；7.把固体壁面更改为不锈钢steel；8.更改边界条件，将整体设置为水；9.设置边界条件，将入口inlet的流速设置为0.02012m/s，温度设置为293.15K；10. 设置边界条件，将壁面wall1、wall2、wall3温度设置为573.15K，壁面材料设置为steel；11. 设置对流项二阶迎风格式；12.以入口inlet进行初始化；13.开启监视窗口，并更改计算精度；14.将迭代次数设置为8000次；所得现象如下：-500x12001200x2300时根据控制方程及题设条件，设置流体为层流稳态导热，流体入口温度为293.15K，流速为u2=0.1006m/s，运动粘度=1.00610-6 m2/s，固体壁面温度为573.15K，具体设置步骤与Re=1000时类同。不同之处如下：1.设置边界条件，将入口inlet的流速设置为0.1006m/s，温度设置为293.15K；2. 设置为紊流3.设置迭代次数为5000次；所得现象如下：1200x2500-500x2300时根据控制方程及题设条件，设置流体为层流稳态导热，流体入口温度为293.15K，流速为u1=1.006m/s，运动粘度v=1.006106 m2/s，固体壁面温度为573.15K，具体设置步骤与Re=1000时类同。不同之处如下：1.设置边界条件，将入口inlet的流速设置为1.006m/s，温度设置为293.15K；2. 设置为紊流3. 设置迭代次数为4000次；所得现象如下：1200x2500-500x1200图10 速度矢量图图11 速度云图图12 温度云图图13 下壁面局部放大温度梯度图七、 网格独立性检验以Re=10002300为例，将网格数量变得稀疏之后进行模拟计算。1200x2500-500x1200图14 速度矢量图（稀疏网格）图15 速度云图（稀疏网格）图16 温度云图（稀疏网格）图17 下壁面局部放大温度梯度图（稀疏网格）其结果显示，网格稀疏程度对温度场的分布影响不大，但对速度场的分布影响较明显（如图2与图14）。八、 总结此次运用Gambit和Fluent软件计算流体，模拟流体流动状况，免去了昂贵的实验设备、器材等费用，方便实