fluent冷热混合器模型指导

1、三维流动与传热的数值计算问题描述:冷水和热水分别口混合器的两侧沿水平切向方向流入，在容器内混合后经过卜部逐渐收 缩的通道流入等直径出流管，最后流入大气。这是一个三维流动问题，所研究的内容是混合 器内的流场，压力分布和温度场。利用gambit建立混合器计算模型第一步：启动gambit并选定求解器（fluent5/6） 第二步：创建混operation阿號i皴|（geometry-volumecreatevolumecylinder,如图 1）axis locationpositive z ilaiiel伽妆 ivolumea）height （长度）：8 radiusl （半径）:10b）axis

2、 location （中心轴）选择 positivez （z 轴正向）c）其他默认第三步：设置混合器切向入流管道resetqosea）按照上步建立切向流管b）流管 height （长度）：10 radiusl （半径）:1c）axis location （中心轴）选择 positive x （x 轴正向）第四步：将流管移到混合器主体中部边缘(geometry-volumecreate-volume-move/copy.如图2）a）volumes右侧黄色区域向上箭头选择小管（选小变红）b）global（位移量）输入：x=0,y=9,z=4c）其他项保持默认。d）选择apply应用e）将小管以z轴

3、旋转180度：operation选择rotatef) volumes 选择 copyg）volumes右侧黄色区域向上箭头选择小管（选中变红）angle （旋转角度）填入180h)图23将小管以z轴为轴旋转180度复制操作(geometry-volume-create-volume-move/copy.如图 2) 打开"move/copy volumes ”设置对话框3l8所示，并进行如下设置。a）在volumes项，选择copy,并点击右侧黄色区域:图3b）用shift+鼠标左键点击组成入流小管的边线，此时小管变成了红色：c）在 0peraton 项，选择 rotate;d）在an

4、gle （旋转角度）右侧填入180;e）在 axis 项，注意到：active coard.sys.vector （0,0,0） 一> （0,0,1）这表明，当前的旋转轴矢量为z轴，保留这一设置。点击apply ,生成图像如图4。图4第五步：将三个圆柱体联结成一个整体(geometryvolumeuniterealvolume,如图5）a)点击而lumes右侧的箭头，打开体积列表框b)点击all ->,选择三个已经存在的圆柱体：c)点击close关闭体积列表：d）点击applyt合并后图形如图6oholt»图6operation第六步：创建主体下部geometry的圆锥v

5、olumenheightcreate real frustumradius 1 |th / x radius 2 ftradius 3 |t*jcoordinate sys.jp_sys.iaxis locationpositive z _j(geometryvol ume-center volume, 如图7)a) 在height项填入5;b) 在radius 1项填入1；(出流口小管的半径为1) oc) 在radius 3项填入10：与柱体外边缘相接：d) 在 axis location项下拉列表中选择nagative z, c沿z轴的反方e)点击apply.第七步：创建出流小管(选择同第

6、二步)1. 创建出流口小圆管(1) 设置出流口小圆管的height (长度)为5, radius 1 c半径)为;(2) 在 axis location 下拉列表中，选择 nagativez;(3) 点击 apply o2. 将其下移并与锥台相接打开"move/copy volumes ,设置对话框。(1) 在volumes项，选择move,并点击右侧黄色区域:(2) 用shift +鼠标左键点击组成出流小管的边线；此时小管变成了红色：(3) 在 operation 项，选择 translate;(4) 在typo c处标类型)右侧下拉列表中选择cartesian (笛卡儿)坐标:(

7、5) 在 global (位移量)项，输入 x二 0, y = 0, z = -5;(6) 点击apply ,结果图8。图8出流小八步：将混合器上部、渐缩部分和下部 管组合为一个整体(操作同第五步)第九步：对混合器内区域划分网格(meshvolume-mesh volumes)(1) 点击volumes右侧黄色区域：(2) 用shift +鼠标左键点击、混合器边缘线；(3 )在spacing项，选择interval size,并填入 0.5;(4) 保帘其他默认设置，特别是要注意在type项选择tgrid;(5) 点击apply。则区域内的网格图如图9所示。第十步:检查网格划分情况(exami

8、ne mesh,如图12)(1) 在display type (显示类型)项选择plane (平面)：(2) 选择 3delement 以及:(3) 勿在quality type (大小类型)项选择equ订angle skew;(4) 在out orientation项，用鼠标左键拖动z轴滑块，则会显示不同z值平而上的 网格(如图11)：(5) 在out orientation项，用鼠标左键拖动x和y轴滑块,贝u会显示x和y平面 上的网格：(见图10)。(6) 在display乃pe项选样rango,点击对话框下部滑块可选样现实的比例及大小。设置边界类型(zone-spacficboundar

9、y type,如图 13)(1) 设置入流口 (inlet-1)边界类型为 velocity_inlet:a) 确定action项为add;b) 在name项输入inletlo在type (类型)列表中选择velocity_inlet;d) 点击faces项右侧区域：e) 用shift鼠标左键点击混合器入流口截而边线，此时入口边线的圆变为红色。点击apply o(2) 重复上述步骤，设置另一个入流口 (inlet-2)边界类型为 velocity.inlet;(3) 设置下部出流口边界类型为 pressure_outlet 。a)在 name 项填入 pressure-outlet; b )

10、在nj" pe 列表中选择examine meshdisplay type: plane y sphere 7 range3d element iquality type:pressure_oulet;c) 在faces项选择混合器下部出流口 断而：d) 点击 apply o注意：对于其他未设置的面，默认为固壁windows h 1 ffl 1 e1 ea 1 ah 1 wire facetedequiangle skew jdisplay mode:faceting type: quality 7 shade y hiddenqit type:y display cut displ

11、ay elements图10 0cut orientation:update i reset | close图11图13is 12利用 fluent 30求解器进行求解第1步：检查网格并定义长度单位1. 读入网格文件(filereadcase.)2. 确定长度单位为cm操作 gridscale 打开“scale grid"设置对 话框如图14所示。(1) 在 units conversion 卜 的grid was created h右侧列表 中选择cm;(2) 点击 change length units : 此时左侧的scale图14factors k的x, y, z项都变为0.

12、 01。(3) 点击下边的scale按钮:此时,domain extent附下的单位由m变为cm,并给出第十二步：输出网格文件(f il eexportmesh)区域的(4) 点击close关闭对话框。3. 检杳网格操作：grid-check:检查并在信息反馈窗口 (屏幕)显示检查过程和结果,其中要特别注意保持最小体积为正值。4. 显小网格操作：displaygrid.打开网格显示对话框后，点击display,可得到区域网格图如图15所示。图15第2步:创建计算模型1.设直求解器操作definemodelsolver打开“solver 设置对话框如图 16所示。(1 ) 在 solver 项选

13、择 segregated;(刀在formulation项选择implicit;(3) 在space项选择3d;(4) 在 time 项选建 steady;solversolverq pressure based density basedspacer 2daxisymmetricaxisymmetric swirlg 3dvelocity formulation q absolute relativegradient optiong green-gauss cell based green-gauss node based least squares cell based(5) 点击0k

14、76;2启动能量方程formulationa implicitexplicittimea steadyunsteadyporous formulationg superficial velocityphysical velocityok cancel help图16energyenergyv energy equation图17操作 definemodieenergy.打开"energy”设置对话框如图17所示，点击ok.3. 打开湍流模式操作 definemodelviscous选择k-epsilon 2 equ,其他保持默认,点击ok.第3步：设置流体的材料属性操作 define

15、materials.打开"materials ”设置对话框如图18所示。(1) 点击database.按钮，打开“database materials "对话框如图3 i 28所示:(2) 在 fluid materials 列表中选择 water-liquid;(3) 点击 copy,点击 close 关闭 udatabase materials ” 对话框:(4) 点击close,关闭“materials ”设置对话框。第4步：设置边界条件操作 defineboundary conditionh2o<l>vinyl-trichlorosilane (sicl

16、3ch2ch)boundary conditionszoneintlet!presure-outlet walldefault-interioi fluid inlet2velocity-inletproperties|water-liquld (h2o<l>)mixturenonedensity (kg/m3|cp o/kg-mthermal conductivity (w/m-k|viscosity (kg/m-s)4182constant | view. |0.6constant二wew |0.001003创对话框如图20所示。water-liquidchemical for

17、mulafluent fluid materialsfluent database materialsfluent fluid materialsmaterial typecopy materials from case. i deleteproperties998 2 v).constantclose helpz i 勺丽打开 “boundary conditions” 设置l.设肓入流口 l的边界条件(1)在 zone 列表屮选4$ inlet-1;namematerial typeconstantorder materials bywater-vapor (h2o) wood-volat

18、iles (wood_vol)& namechemical formulainlet-vent intake-fan interface mass-flow-inlet outflow outlet-vent pressure-佃field pressure-inlet pressure-outlet symmetryset.copy.closehelp(2) 点击set.按钮：打开“velocity inlet"设置对话框如图19。图19(3) 在velocity specification method (速度定义方法)项下拉列表中选择magnitude, normalt

19、o boundary (速度人小，方向垂肓作于作用面)：(4) 在velocity magnitude (速度大小)项填入1m/s;(5) 在 temperature k项填入 320;(6) turbulence specification method (湍流定义方法)项下拉列表中选择intensity and hydraulic.(7) turbulence intensity 填入 5%(8hydraulic diameter 项填入 2cm;(入口总径)(9)点击ok按钮。图202.设置入口 2的边界条件(1) 在 aboundary condi tions , 对话框屮，在zono

20、列表屮选择inlet-2 (2) 点击 set.按理:打开"velocity inletm。(3) 在temperature项填入200 k,其他与入口 1设置相同：(4) 点击0k按钮。3.设直出流口的边界条件图21(1 )在 zone 列表中选择pressure-outlet;(2) 勾点击set. .按钮：打开upressure outlet,设置对话框如图21所示：(3) 在 gauge pressure (表压强)项填入0;(4) back total temperatuie (出口总温)项设置为300k;(5) 其他与入口边界设置相同：(6) 点击0k。第5步：求解初始化

21、操作 solveinitializeinitialize打开求解初始化设置对话框如图22所示。(1) 在 tnitiales (初始值)项中,gauge pressure 项设置为 0: x velocity 项设 置为0；y-velocity 项设置为 0: /-velocity 项设置为一 1;(2) 点击 inito)dinit reset | apply | close help |£3 solution initializationxcompute fromreference framedrelative to cell zonef absoluteinitial valu

22、es图22第6步：设置监视器操作 solvemonitorsresidual.打开aresidual monitors”设置对话框如图23所示。(1) 在 options 项选择 plot;(2) 保留其他默认设置，点击0k。图23第7步：保存case文件操作：filewritecase第8步：求解计算操作 solveit erate.打开迭代计算设置对话框如图24所示。(1) 在 number of iterations 项填入 200;(2) 点击iterate按钮。 nut xt (m. »3d2ok« adaptgpby 曲m*jw ipa?.9b7sr 芻s1m3

23、r-m383?.931s-ks3hm7 .hl/iivauv* m352.7z32e-«5八川"362?» es”59r 33872.6m7r 9sh282r m3ab2"eir-bu3«?.s31«r as抑 ii<76r-m- m3 aitercontinuityxvelocity 岁9162"u39?2.9m1r 仍5«t6r 993?.3391ikhs?83r-m39m7m%s/ve-m3vs7.7s160 ii*3s0f>-m3962.2«7e-«sl” 0rx397oa2

24、.164«e k3m7e m3it992.0kwila3r 331m?.«s10r-k4?»9kr 431b17.«773»-k>3itercontinuityxvelocity yia?1.97t7e r；jl1?m6p m11«3t5<9im1.9?33r-kw3r-t*3忖(hf39 <cihr m3in&1 .h7s3p ：96vvp-m3z, m3r-b5aww31m1.7m7e ts378e m3199v “仍3522r 3911bl./sssr-m33111.e3a3117(./“"u

25、7itercontinuityxvelocity 岁113(67am k37r./r m71u1.654sr t536726e m21ha?11&l.6l1se-ss:<4mwe-m?117:<711i,.y asa240体”尸1 9?a» 1 八1 t373e-o«i 1 s2e 4 1 "6 乂11 69m7e 1 63”“ 1 velocity i 6231e m 1 590"11s：uve-m 1 "11 428w m 1 395 tr u 1 3am3r<th i 3316e ” 1 3v7 “ 1 velo

26、city z 27伽 an 1 "伽1 ?136r-m 11 询""1 127$r-ih i 997e » 1 761* 4 1 m96r*m 1 wf-nh 1 99/m-m 1 velocity x- 96/le m 1 92“ 3 1 、"1 s91ke 1 1 的" 1?aiai»r-ft3 1 ?3?7e-b3 1 77bw « 1 22-03 1n 1 292t9 93 111 "”酣 1 velocity 1719e 03 1 163w 3 1 167r-o3 1 讣“z 1 1117? ！

27、« 1 135ov-o3 1 127«t 03 1 12t2e 93 111o73t-b3 1b9”-ki 1 velocity 9 “ n 1bbm s3 1msr-n 9 a/aw «« 1v957te b3 9 乃j 9 m3br-b3 9b88t-ki 9 u7a»-n 9 velocity «? t3 9 221e b3 9dm 9 11w-k< 9 oimw-ki v 0ls«-e3 9313l>1r-s/ 3 17s3»-b/ 9 1270e>t7 3 1»6r ； 3 1

28、w6r / 3 «97r-b7 3 8/?3r-/ ：i b99»/ 3mrrgy637e 07 3 66" 97 3mftr-tz 0%93r/ mim»-/mi3e-ezt?tte ；195e " 9 w 096r/ 17b /“zgy0" b7 927t / 97l1r-br/ 3bn 3h 3ee 3b&99 123 169 7352«3 7931c-m 3 3 energy 小6m 9 7m2e ee 3uabr-m 3ss13e 3s717 3m3»r m 91.w3r3.5«/9r

29、m»s7r w. 处391e-w 79* m 八，z 7帀mftb 11r (mi 37r0l* sse-lui24z (mi 2076< 4 711v-iu?1s3r 叹71vw-im”心(m ?2b5< (mi ?333r m ?3hw imt 7m37*iw2“" 叭 25“e 3 ?6t9r imi ?a/or-(mi 77»3r-ihi %76« im s 293* 4 5 3flkr(m § :m/iu-imi s 31s7»-im s22" (hi $uurtm 978se-tm hwimi 637

30、1e-m 仍仞m 319m 3 w4epsilon 7s«7e m 6935e (mb sl/br-m 3vme-n« 7nmv»-m71s« m 9713e w «73?r*m6v”皿 epsilonm522w e*9/me m 7vs4*-im 22mr*<ri 1573e (m 91v (m 77/r-m 9687r-(m 9«m7* w* epsilon$1bt m 7973e (m 小治mfth/10-w忖1s31%?151 15®1*9imw26 line/ittr i 1m5.1m3 i w1*1 no&

31、#39;139138i 137 '136i 1" /iteri 13k13313?131i 130i 129i 12«1 127i 1?6 1?* tine/itrr1231221?1 i?n11v118s6d263135 3rwd81822a amk?67ha1070sm12151ru0%193clsarei)»2omsb/ambh3 334b352a onb33sn56uyn3h3hi0ki壮nn3 a8m6m723 :b3：2hm 3.33«6r 3 5.5$71r m117fluent开始计算。在迭代119次后，计算收敛,残差曲线图如图2

32、5所示。图24昴 fluent 0 fluent incraidinlgcontinuity x-vclocity y velocity 2-vtlocity energy kepsilon计算结果的后处理第1步：读入case和data文件操作 filecase & data .第4步：绘制温度与压强分布图操作 displaygrid.在options项可以选择线(edges)或面(faces);(2) 在surfaces列表中，nj以选择不同的面进行网格显示和观察:(3) 可以利用鼠标左键和屮键对图形进行旋转、缩放和移动。第2步:显示网第3步：创建等(坐标)值面为显示3d模型的计算结

33、果，需要创建一些而，并在这些而上显示计算结果o fluent自 动定义边界而为而，比如inlet-1, inlet-2和pressure-outlet边界上均可显示计算结果。但这 些是不够的，还需要定义一些具他的面來显示计算结果。1. 创建一个z=4cm的平面，命名为surf-1操作：surface-iso-surface打开"iso-surface"设置对话框如图26所示。surface of constant|-10 |10iso-values (cm)4 | i jjnew surface namex-coordinate-7from surface=| =defau

34、lvinteriorainlet2 intletl presure-outlet surf-1surf-2vfrom zones=l =fluidcreatecomputemanage. iclose i图26(1) 在 surface of constant f拉列表中选择 grid和乙coordinate;点击compute：在min和max将显示区域内z值的范围;(3) 在 iso-values 项填入 4;在 new surface name 卜填入 surr-1:1点击create o此平面为在混合器内通过两个入口轴线的平血。2. 创建一个x=0的平面，命名为surf-2(1) 在

35、surface of constant f拉列表中选择 grid和和 x-coordinate(2) 点击compute：在min和max栏将显示由内x值的范围；(3) 在 iso-values 项填入 0;(4) 在 new surface name 卜填入 surl-2;(5) 点击create,点击close关闭对话框。此平而为通过z轴，n与入口轴线相垂直的平面。第4步：绘制温度与压强分布1. 绘制温度分布图操作:displaycontours.打开"contours"设置对话框如图27所示。solution xy plotoptionsplot direction

36、y axis functione| =surfacesintletlp re su re-outlet rake-7surf-1 surf-2file datafree data厂 厂 厂node values position on x axis position on y axis write to fileorder pointsload file. itop-center-linecurves. |closex图27的温度分布图：(1) 在 options 项选择 filled;(2) 在 contours of 项选择 temperature.和 static temperature

37、;(3) 在levels项填入30;(4 )在 surfaces 项选择 surf-1(5) 点击display按钮。则在surf-l平面上的温度分布图如图28所示。督 fluent 0 fluent inc3.20<*02 3.19c*02 3.1?02 3.16c*02 3.1502 3.302 3 低心 3*02 3.09z2 3.0&心 3.0302 3.05z2 3.0402 3.03z2 3.0k*02 3.00<*02 2.99<*02 a.9?c*02 2.96z2 2.95c*02 2.93<j*02 2.92*02 2.9102 2.89z2

38、 2.88c<02 2.8?c*02 2.85z2 2.84c*02 2.83c*02 2.8k*02 2.80<j*02contours of static temperature (k)jan 09. 2016fluent 6.3 (3d. pbg 处c)图282. 绘制壁面上的温度分布图 (1)在 surfaces 项不选择 surf-l ,选杼 wall;(2)点击display按钮，则壁面上的温度分布如图29所示。督 fluent (0 fluent inc3毎心3.gg3 32 3l$f023.3023.s3 o.iifoa 3o9c*o3 )8323*8sqmcq &

39、lt; x a,*)c.oa a.y?c<«328322.pcg3 44o032尿8倜cxo” «< >«<>< tt*vpcm>r< (k)图293. 绘制垂直平面surf-2上的压力分布(1)在 contours of 项选择 pressure 和 static pressure;在surfaces项选择surf-2,点击display按钮，则surf-2上的温度分布如 图30所示。9 8001 8x018 17e-017 46016 54-015 73014 91e-014 10-013 28-012 47*011 65e-018.37z22 1-03w hufnt 0| xjan 09. 2016fluent 6.3 (3d. pbns. ske)velocity vectors colored by velocity ma