用FLUENT对六个栅栏不同出口尺寸减压装置的数值模拟计算论文

1、太原理工大学现代科技学院毕业论文说明书 论文题目： 用FLUENT对六个栅栏不同出口尺寸减压装置的数值模拟计算学 生：张鹏辉专 业：农业水利工程班 级：11-3班指导教师：张红霞设计日期：2015年05月20日I太 原 理 工 大 学毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）题目用FLUENT对不同进口尺寸的六个栅栏减压装置的速度场计算分析原始资料管道内径为100mm,长为350mm。管道内的减压装置由三个部分所组成，减压装置前端面是直径50mm，宽为3mm的圆柱体，后端面为一外径为100mm，出水端面内径70mm（90mm），宽为3mm的圆柱体，中间用栅栏结构相连，栅栏结构宽13mm，厚3mm。

2、相关尺寸如下设计内容1.利用GAMBIT软件进行绘图，建立模型。2.利用FLUENT软件进行模型计算求解。3.得出结论。4.得出结论。5.外文翻译用FLUENT对不同进口尺寸的六个栅栏减压装置的速度场计算分析摘要本文的主要研究对象为一减压装置，管道内的水流在流过减压装置后，管道内的压强值大小减小，消耗水流所携带的过多能量。本文先利用GAMBIT软件对减压装置进行建立模型，再利用FLUENT软件对减压消能装置模型进行数值模拟计算求解分析。通过分析来了解在水流速度为0.3m/s的情况下，减压消能装置出口断面半径分别为70mm和90mm，的情况下，不同的减压效果。通过物理模型的建立，来进行流体仿真实

3、验。从而确定减压装置各断面的流速和压力。通过分析，就可以确定减压装置产生作用的主要区域。分析后，得出在减压装置处出口不同以外，其余属性都相同的情况下，出水口70mm的减压装置比出水口90mm的减压装置压力降低效果更好。关键词：FLUENT；GAMBIT；减压；数值模拟Using FLUENT software for different sizes of imported six fence velocity calculation analysis of pressure-relief devicesAbstractMain research object of this article i

4、s a pressure-relief devices, after through the pressure-relief device and flow within the pipeline, the pressure value of the pipe size is reduced, water carries too much energy consumptionIn this paper, first using GAMBIT software to model the pressure-relief devices, using FLUENT software for a nu

5、merical simulation of the vacuum energy dissipation device model to solve the analysis. Through the analysis to understand the flow velocity of 0.3 m/s, under the condition of vacuum energy dissipation device export section radius of 70 mm and 90 mm respectively, of the cases, the different effect o

6、f decompressionThrough the establishment of physical model for fluid simulation experiment. To determine the velocity and pressure of the pressure-relief devices each section. Through the analysis, can determine the main area of the pressure-relief devices work. After analysis, it is concluded that

7、the pressure-relief devices where exports different outside, the rest of the attributes is the same situation, outlet relief device than outlet 90 mm 70 mm pressure-relief devices pressure reducing effect is better关键词：FLUENT；GAMBIT；decompression；numerical simulationV目录毕业论文I用FLUENT对不同进口尺寸的六个栅栏减压装置的速度

8、场计算分析III摘要IIIAbstractIV第一章 绪论1一、减压节水装置研究背景及意义1二、减压节水装置的设计原理1三、 减压节水装置设计2四、 应用前景3第二章 CFD（计算流体动力学）4一、软件总体介绍4（一）、CFD的应用领域4（二）、CFD的研究意义4（三）、CFD的处理方法5二、流体力学理论分析5（一）、建立“力学模型”5（二）、建立控制方程6（三）、求解方程组6（四）、对解进行分析解释6三、数值计算6四、发展前景7第三章 GAMBIT模型的创建和处理8一、GAMBIT软件的简介8（一）、功能8（二）、特点8二、GAMBIT几何建模9三、GAMBIT网格的生成30四、边界类型的设

9、定32第四章 利用FLUENT 3D求解计算器进行求解37一、FLUENT软件的简介37（一）、FLUENT软件的应用37（二）、基本特点37（三）、程序的结构38（四）、用FLUENT程序求解问题的步骤38（五）、关于FLUENT求解器的说明39二、利用FLUENT 3D求解计算器进行求解39三、FLUENT数据处理。50（一）、读入之前保存的Case和Data文件。50（二）、显示网格。50（三）、创建等值面。51（四）、绘制压强图。53（五）、绘制截面速度图。56（六）、绘制出口速度图59（七）、绘制迹线。61第五章 计算结果分析63一、绘制压强折线图。63（一）、出口70mm各横截面压

10、强64（二）、出口90mm各横截面压强64二、绘制速度折线图。65（一）、出口70mm各横截面速度66（二）、出口90mm各横截面速度67第六章 结论69第一章 绪论一、减压节水装置研究背景及意义地球表面的72%被水覆盖，储水量是很丰富的，共有14.5亿立方千米之多。尽管数量巨大，但是能直接被人们生产和生活利用的，却少得可怜。淡水资源仅占所有水资源的0.75%，有近70%的淡水固定在南极和格陵兰的冰层中，其余多为土壤水分或深层地下水，不能被人类利用。江河、湖泊、水库及浅层地下水等来源的水较易于开采供人类直接使用，但其数量不足世界淡水的1%，约占地球上全部水的0.007%。我国是一个缺水严重的国

11、家。虽然我国的淡水资源总量为28000亿立方米，占全球水资源的6%，仅次于巴西、俄罗斯和加拿大，名列世界第四位。但是，我国的人均水资源量却只有2300立方米，仅为世界平均水平的1/4，在世界排第110位，是全球人均水资源最贫乏的国家之一。严峻的水资源问题一直是我国可持续发展中一个不能回避的难点，水资源短缺已经严重影响了我国的经济发展和社会和谐，成了我国无法回避的世纪挑战。二、减压节水装置的设计原理根据有压管道消能原理。当进水断面突然缩小时，会产生局部的阻力损失，有水力学知识可知，该局部阻力损失可表示为： （1.1）其中，h1局部水头损失的阻力 局部水头损失的阻力系数 V水流速度 g重力加速度根

12、据以上的原理可以看出，只需通过调节过水断面突然缩小的面积，就可以调节装置的效能效果了。本装置通过齿轮传动原理，带动内套筒的转动，从而实现了过水面积的调节。当主管道中的水流过此装置时，内外套筒装置上底面的圆形板状体使过流面积突然减小，起到了消能作用；在水流通过内外套筒栅格状侧边壁时，突然扩大形状的内外套筒侧边壁又使过流面积增大，起到了减压节水的作用。根据内外筒套重合程度的不同，消能效率将随之发生改变，达到不同的减压节水效果。三、 减压节水装置设计如图1.所示，为减压节水装置本装置由底面直径为100mm，长350mm的圆柱体及内部减压结构套筒组成，内部装置上部结构是一直径为50mm，长3mm的小型

13、圆柱体，下部结构是一外径为100mm，内径为70mm，宽度为3mm的圆环体，上下两部分由六条均匀分布的栅栏结构相连，栅栏结构宽度为13mm，厚度为3m（内部结构壁厚均为3mm）。35010050 70/90 70/90 100 200图 1-1 减压节水装置四、 应用前景在民用方面，本装置适合用于居住于高层建筑的低层用户使用，市场需求大。同时本装置具有可调节行，制作简单，成本低，安装操作方便。可以满足高层建筑中不同楼层用户的减压节水需要，具有很强的通用性。在水利工程方面，本装置作为一种消能装置，可以广泛应用于解决水库长距离输水线路的安全问题，农业灌溉系统中，及水电站、泵站的水击消除上，具有广阔

14、的市场前景。若能成批量生产，前景广阔。第二章 CFD（计算流体动力学）一、软件总体介绍（一）、CFD的应用领域CFD，软件(Computational Fluid Dynamics），即计算流体动力学, 简称CFD。CFD是近代流体力学，数值数学和计算机科学结合的产物，是一门具有强大生命力的边缘科学。它以电子计算机为工具，应用各种离散化的数学方法，对流体力学的各类问题进行数值实验、计算机模拟和分析研究，以解决各种实际问题。 计算流体力学和相关的计算传热学，计算燃烧学的原理是用数值方法求解非线性联立的质量、能量、组分、动量和自定义的标量的微分方程组，求解结果能预报流动、传热、传质、燃烧等过程的细

15、节，并成为过程装置优化和放大定量设计的有力工具。计算流体力学的基本特征是数值模拟和计算机实验，它从基本物理定理出发，在很大程度上替代了耗资巨大的流体动力学实验设备，在科学研究和工程技术中产生巨大的影响。是目前国际上一个强有力的研究领域, 是进行传热、传质、动量传递及燃烧、多相流和化学反应研究的核心和重要技术, 广泛应用于航天设计、汽车设计、生物医学工业、化工处理工业、涡轮机设计、半导体设计、HAVC&R 等诸多工程领域,板翅式热换器设计是CFD 技术应用的重要领域之一。（二）、CFD的研究意义CFD 在最近20 年中得到飞速的发展, 除了计算机硬件工业的发展给它提供了坚实的物质基础外,

16、 还主要因为无论分析的方法或实验的方法都有较大的限制, 例如由于问题的复杂性, 既无法作分析解, 也因费用昂贵而无力进行实验确定, 而CFD 的方法正具有成本低和能模拟较复杂或较理想的过程等优点。经过一定考核的CFD软件可以拓宽实验研究的范围, 减少成本昂贵的实验工作量。在给定的参数下用计算机对现象进行一次数值模拟相当于进行一次数值实验, 历史上也曾有过首先由CFD 数值模拟发现新现象而后由实验予以证实的例子。CFD软件一般都能推出多种优化的物理模型，如定常和非定常流动、层流、紊流、不可压缩和可压缩流动、传热、化学反应等等。对每一种物理问题的流动特点, 都有适合它的数值解法, 用户可对显式或隐

17、式差分格式进行选择, 以期在计算速度、稳定性和精度等方面达到最佳。CFD软件之间可以方便地进行数值交换, 并采用统一的前、后处理工具, 这就省却了科研工作者在计算机方法、编程、前后处理等方面投入的重复、低效的劳动, 而可以将主要精力和智慧用于物理问题本身的探索上。（三）、CFD的处理方法CFD软件的一般结构由前处理、求解器、后处理三部分组成。前处理、求解器及后处理三大模块, 各有其独特的作用, 分别表示如下:前处理求解器后处理作用a. 几何模型b. 划分网格a. 确定CFD 方法的控制方程b. 选择离散方法进行离散c. 选用数值计算方法d. 输入相关参数速度场、温度场、压力场及其它参数的计算机

18、可视化及动画处理目前比较好的CFD软件有：CFX、Fluent、CFdesign、除了Fluent、CFdesign是美国公司的软件外，其它三个都是英国公司的产品 。二、流体力学理论分析根据流体运动的普遍规律如质量守恒、动量守恒、能量守恒等，利用数学分析的手段，研究流体的运动，解释已知的现象，预测可能发生的结果。理论分析的步骤大致如下：（一）、建立“力学模型”一般做法是：针对实际流体的力学问题，分析其中的各种矛盾并抓住主要方面，对问题进行简化而建立反映问题本质的“力学模型”。流体力学中最常用的基本模型有：连续介质（见连续介质假设）、牛顿流体、不可压缩流体、理想流体（见粘性流体）、平面流动等。（

19、二）、建立控制方程针对流体运动的特点，用数学语言将质量守恒、动量守恒、能量守恒等定律表达出来，从而得到连续性方程、动量方程和能量方程。此外，还要加上某些联系流动参量的关系式（例如状态方程），或者其他方程。这些方程合在一起称为流体力学基本方程组。流体运动在空间和时间上常有一定的限制，因此，应给出边界条件和初始条件。整个流动问题的数学模式就是建立起封闭的、流动参量必须满足的方程组，并给出恰当的边界条件和初始条件。（三）、求解方程组在给定的边界条件和初始条件下，利用数学方法，求方程组的解。由于这方程组是非线性的偏微分方程组，难以求得解析解，必须加以简化，这就是前面所说的建立力学模型的原因之一。力学家

20、经过多年努力，创造出许多数学方法或技巧来解这些方程组（主要是简化了的方程组），得到一些解析解。（四）、对解进行分析解释求出方程组的解后，结合具体流动，解释这些解的物理含义和流动机理。通常还要将这些理论结果同实验结果进行比较，以确定所得解的准确程度和力学模型的适用范围。三、数值计算前面提到的采用简化模型后的方程组或封闭的流体力学基本方程组用数值方法求解。电子计算机的出现和发展，使许多原来无法用理论分析求解的复杂流体力学问题有了求得数值解的可能性。数值方法可以部分或完全代替某些实验，节省实验费用。数值计算方法最近发展很快，其重要性与日俱增。四、发展前景从阿基米德到现在的二千多年，特别是从20世纪以

21、来，流体力学已发展成为基础科学体系的一部分，同时又在工业、农业、交通运输、天文学、地学、生物学、医学等方面得到广泛应用。今后，人们一方面将根据工程技术方面的需要进行流体力学应用性的研究，另一方面将更深入地开展基础研究以探求流体的复杂流动规律和机理。后一方面主要包括：通过湍流的理论和实验研究，了解其结构并建立计算模式；多相流动；流体和结构物的相互作用；边界层流动和分离；生物地学和环境流体流动等问题；有关各种实验设备和仪器等第三章 GAMBIT模型的创建和处理一、GAMBIT软件的简介（一）、功能GAMBIT是为了帮助分析者和设计者建立并网格化计算流体力学（CFD）模型和其它科学应用而设计的一个软

22、件包。GAMBIT通过它的用户界面（GUI）来接受用户的输入。GAMBIT GUI简单而又直接的做出建立模型、网格化模型、指定模型区域大小等基本步骤，然而这对很多的模型应用已是足够了。面向CFD分析的高质量的前处理器，其主要功能包括几何建模和网格生成。由于GAMBIT本身所具有的强大功能，以及快速的更新，在目前所有的CFD前处理软件中，GAMBIT稳居上游。（二）、特点1.ACIS内核基础上的全面三维几何建模能力，通过多种方式直接建立点、线、面、体，而且具有强大的布尔运算能力，ACIS内核已提高为ACIS R12。该功能大大领先于其它CAE软件的前处理器；2. 可对自动生成的Journal文件

23、进行编辑，以自动控制修改或生成新几何与网格；3. 可以导入PRO/E、UG、CATIA、SOLIDWORKS、ANSYS、PATRAN等大多数CAD/CAE软件所建立的几何和网格。导入过程新增自动公差修补几何功能，以保证GAMBIT与CAD软件接口的稳定性和保真性，使得几何质量高，并大大减轻工程师的工作量；4.新增PRO/E、CATIA等直接接口， 使得导入过程更加直接和方便；5.强大的几何修正功能，在导入几何时会自动合并重合的点、线、面；新增几何修正工具条，在消除短边、缝合缺口、修补尖角、去除小面、去除单独辅助线和修补倒角时更加快速、自动、灵活，而且准确保证几何体的精度；6.G/TURBO模

24、块可以准确而高效的生成旋转机械中的各种风扇以及转子、定子等的几何模型和计算网格；7.强大的网格划分能力，可以划分包括边界层等CFD特殊要求的高质量网格。GAMBIT中专用的网格划分算法可以保证在复杂的几何区域内直接划分出高质量的四面体、六面体网格或混合网格；8.先进的六面体核心(HEXCORE)技术是GAMBIT所独有的，集成了笛卡尔网格和非结构网格的优点，使用该技术划分网格时更加容易，而且大大节省网格数量、提高网格质量；二、GAMBIT几何建模 首先，启动GAMBIT软件，点击GAMBIT软件界面如图图2.1GAMBIT软件主界面新建一个文件夹后，开始进行GAMBIT建模.(以下所有单位均为

25、m)。步骤如下：（一）、用鼠标左击操作工具栏（GAMBIT建模界面右上角）GEOMETRY；（二）、在GEOMETRY子操作板上用鼠标右击VOLUME命令按钮，在弹出下拉菜单中，左击按钮，打开Create Real Brick对话框图2.2Create Real Brick 对话框（三）、在Create Real Brick对话框中的Height中输0.35Rdius1中输入0.025adius2可保留空GAMBIT默认它跟Radius1有相同的值，其余保留默认值，设置如图图2.3圆柱参数设置图点击Apply，这时在左下角将显示信息说您已经创建一个物体“volume.1”,鼠标左击右下角的，此

26、时在图形窗口上显示如图图2.4圆柱图 （四）、按照第三步的方法，建立两个高度为3mnm,半径分别为50mm和35m的圆柱（或半径分别为50mm和45mm的圆柱），如图所示。图2.5新建两个高度为3mm半径50m和35mm的小圆柱图2.6新建两个高度为3mm半径50m和45mm的小圆柱（五）、将新建的两个小圆柱进行布尔运算，合成一个圆柱，具体操作为，鼠标右击Volume中的，选中，打开Subtract Real Volumes 对话框，如图2.7图2.7 Subtract Real Volumes 对话框在Volume中选择Volume2,即第4步建立的半径为50mm的圆柱，在Subtract

27、Volumes中选择Volume3,即半径为35mm（或半径为45mm）的圆柱，如图2.8图2.8布尔运算设置点击Apply。（六）、移动圆柱。鼠标左击，打开Move/Copy Volumes 对话框，在Pick中选中Volume.2,Z轴移动0.2m。设置如图2.9图2.9 Move/Copy Volumes 对话框设置。点击Apply，显示如图2.10图2.10圆环平移（七）、按第三步的方法新建一个高度为3mm，半径为25mm的圆盘Volume.3，如图2.11。图2.11半径25mm的圆盘Volume.3（八）、按第六步移动圆柱Volume.3。 将圆盘Volume.3沿Z轴方向平移10

28、0m，设置如图2.12.图2.12平移设定点击Appiy.平移后，模型如图2.13图2.13圆盘平移(九)、在圆环和小圆盘上建矩形栅栏切面 步骤为： 1.在Z=0的圆面上新建两个长13mm，宽3mm的矩形。（face12） 鼠标左击，在Face中左击，打开Create Real Rectangular Face对话框，Widh中输入0.003，Height中输入0.013.设置如图2.14图2.14矩形设置点击Apply.模型如图2.15图2.15-1出口为70mm栅栏切面在地面的投影图2.15-2出口为90mm栅栏切面在地面的投影2.平移矩形face12. 按第6步把矩形face12沿X轴方

29、向平移0.02m,Z轴方向平移0.1m.到圆盘切面。设置如图2.16图2.16矩形平移设置点击Apply,模型如图2.17，2.18图2.17-1 出口为70mm,矩形栅栏切面平移图2.17-2 出口为90mm,矩形栅栏切面平移图2.18-1 出口为70mm, 矩形栅栏在圆盘上的投影图2.18-2出口为90mm,矩形栅栏在圆盘上的投影3.按1步在建一个尺寸相同的矩形face13,如图2.19图2.19-1出口为70mm,矩形栅栏切面平移图2.19-2出口为90mm,矩形栅栏切面平移按2步平移face13到圆柱切面上。把face13沿X轴方向平移0.047m,沿Z轴方向平移0.2m.设置如图2.

30、20图2.20 矩形face13平移设置点击Apply,模型如图2.21，2.22图2.21-1出口为70mm,矩形栅栏切面平移图2.21-2出口为90mm,矩形栅栏切面平移图2.22-1出口为70mm,矩形face13在圆柱上的投影图2.22-2出口为90mm,矩形face13在圆柱上的投影（十）、点成线。把矩形face12与face13上的四个点相对应连接成线。在Geometry中左击（点成线界面），选择，打开Create Straight Edge对话框，如图2.23.图2.23 Create Straight Edge 点成线设置在Vertices中选择相对应的点。（11、15），（1

31、2、16），（13、17），（14、18）点击Apply,模型如图2.24图2.24点成线（十一）、线成面。 将形成栅栏的六个面中，每个面由四条线形成。 在Geometry中选择，在弹出菜单中选择，打开Create Face from Wireframe 对话框，如图2.25.图2.25 Create Face from Wireframe 线成面界面在Edges中选择对应的四条线组成一个面。Edge(13、17、21、22)，（12、16、20、21），(11、15、79、20)，（14、18、19、22）。点击Apply，模型如图2.26图2.26 线成面（十二）、面成体。 将形成栅栏的六

32、个面组成一个整体。 在Geometry中选择，在弹出菜单中选择，打开Stitch Faces 界面，如图2.27.图2.27 Stitch Faces 线成面界面在Faces中选择face12.13.14.15.16.17六个面。点击Alppy,组成一个面Volume4.如图2.28图2.28 一条栅栏连接（十三）、复制剩余的5个栅栏。 在Geometry中选择，选择，打开Move/Copy Volumes 对话框，设置如图2.29，（因为是六个栅栏所以每个旋转角度为60度，首先选择Volume4,点击Alppy,再选择Volume5进行下一次复制，依次复制出5个栅栏）。图2.29 栅栏旋转复

33、制界面设置点击Alppy,模型如图2.30，2.31.图2.30-1 出口70mm,六栅栏初步模型图2.30-2 出口90mm,六栅栏初步模型图2.31 出口70mm的模型切面投影图。图2.32出口90mm的模型切面投影图（十四）、利用布尔运算，将整个装置除内部结构外的部分（即实际运行中会被流体占据的部分）合成一个整体。 鼠标右击Volume中的，选择，弹出Unite Real Volumes对话框，在Volumes中选择volume1.如图2.33.图2.33布尔运算界面点击Apply,如图2.34所示。图2.34 完成的模型这样，就完成了研究装置的GAMBIT模型的建立。三、GAMBIT网

34、格的生成（一）、单机Operation ,选择Mesh中的，选择，打开Mesh Volumes对话框，各参数设置如图2.35图2.35体网格参数点击Apply，生成网格，如图2.36图2.36生成的体网络（二）、在Global Control 01栏中选择 EXAMINE MESF 命令按钮，打开Examine Mesh对话框如图2.37所示。2.31图2.37 Examine Mesh对话框（出口70mm）31图2.38 Examine Mesh对话框（出口90mm）在Display Type 中选择Range,在 Quality Type菜单中选择EquiaAngle Skew,从绿色垂直

35、条形码中点击一条来观察各个元素在确定的质量范围内，移动Upper 和 Lower滑块来重新定义质量网格范围。生成网格数目出口半径（mm）7090网格数目937684959698（三）、保存。四、边界类型的设定GAMBIT生成网格后，需要定义边界条件，步骤如下。（一）、打开生成的网格，单机Operation中的命令按钮，选择Zones中的，在弹出Specify Boundary Types对话框，如图2.38所示。图2.38 Specify Boundary Types对话框（二）、设置入口边界类型。在Name中填入in，Type选择VELOCITY_INLET,Face中选中face.1,即入

36、口断面，具体设置如图2.39图2.39入口断面边界设定点击Apply.（三）、设置出口边界类型。在Name中填入out,Type选择OUTFLOW,Faces中选中face.3,即出口断面，具体设置如图2.40图2.40出口边界条件的设定点击Apply.(四)、设置边缘边界类型。在Name中填入BOUNDARY, Type选择WALL, Faces中选中face.3和face.1以外的所有面，具体设置如图2.41，2.42.图2.41面的选择图2.42边界设定点击Apply.（五）、保存文件，并到处网格。图2.43网格文件导出第四章 利用FLUENT 3D求解计算器进行求解一、FLUENT软件

37、的简介（一）、FLUENT软件的应用CFD商业软件FLUENT，是通用CFD软件包，用来模拟从不可压缩到高度可压缩范围内的复杂流动。由于采用了多种求解方法和多重网格加速收敛技术，因而FLUENT能达到最佳的收敛速度和求解精度。灵活的非结构化网格和基于解的自适应网络技术及成熟的物理模型，使FLUENT在转换与湍流、传热与相变、化学反应与燃烧、多相流、旋转机械、动/变形网格、噪声、材料加工、燃料电池等方面有广泛应用。（二）、基本特点FLUENT软件具有以下特点：1.FLUENT软件采用基于完全非结构化网格的有限体积法，而且具有基于网格节点和网格单元的梯度算法；定常/非定常流动模拟，而且新增快速非定

38、常模拟功能；Fluent 前处理网格划分2.FLUENT软件中的动/变形网格技术主要解决边界运动的问题，用户只需指定初始网格和运动壁面的边界条件，余下的网格变化完全由解算器自动生成。网格变形方式有三种：弹簧压缩式、动态铺层式以及局部网格重生式。其局部网格重生式是FLUENT所独有的，而且用途广泛，可用于非结构网格、变形较大问题以及物体运动规律事先不知道而完全由流动所产生的力所决定的问题；3.FLUENT软件具有强大的 网格支持能力，支持界面不连续的网格、混合网格、动/变形网格以及滑动网格等。值得强调的是，FLUENT软件还拥有多种基于解的网格的自适应、动态自适应技术以及动网格与网格动态自适应相

39、结合的技术；4.FLUENT软件包含三种算法：非耦合隐式算法、耦合显式算法、耦合隐式算法，是商用软件中最多的；5.FLUENT软件包含丰富而先进的物理模型，使得用户能够精确地模拟无粘流、层流、湍流。湍流模型包含Spalart-Allmaras模型、k-模型组、k-模型组、雷诺应力模型(RSM)组、大涡模拟模型(LES)组以及最新的分离涡模拟(DES)和V2F模型等。另外用户还可以定制或添加自己的湍流模型；（三）、程序的结构FLUENT程序软件包由以下几个部分组成：1.GAMBIT用于建立几何结构和网格的生成。2.FLUENT用于进行流动模拟计算的求解器。3.prePDF用于模拟PDF燃烧过程。

40、4.TGrid用于从现有的边界网格生成体网格。5.Filters(Translators)转换其他程序生成的网格，用于FLUENT计算。可以接口的程序包括：ANSYS，I-DEAS，NASTRAN，PATRAN等。（四）、用FLUENT程序求解问题的步骤利用FLUENT软件进行求解的步骤如下：1.确定几何形状，生成计算网格(用GAMBIT，也可以读入其他指定程序生成的网格)。2.输入并检查网格。3.选择求解器(2D或3D等)。4.选择求解的方程：层流或湍流(或无粘流)，化学组分或化学反应，传热模型等。确定其他需要的模型，如：风扇、热交换器、多孔介质等模型。5.确定流体的材料物性。6.确定边界类

41、型及其边界条件。7.条件计算控制参数。8.流场初始化。9.求解计算。10.保存结果，进行后处理等。（五）、关于FLUENT求解器的说明1.FLUENT2D二维单精度求解器；2.FLUENT3D三维单精度求解器：3.FLUENT2ddp二维双精度求解器；4.FLUENT 3ddp三维双精度求解器。二、利用FLUENT 3D求解计算器进行求解打开FLUENT软件，在Versions中选择3d ,其他保留默认设置，如图4.1所示。图4.1 求解器选择单机Run，软件界面如图4.2 所示。图4.2 FLUENT 软件主界面（一）、依次点击FileReadCase,选择之前导出的网络文件ChuKou70

42、.msh或（ChuKou90.msh）。如图4.3所示。图4.3 导出网络文件（二）、检查网络。 依次点击GridCheck,FLUENT将会对网格进行检查，并将结果在信息反馈窗口中显示出来，如图4.4所示，其中注意最小体积（minimum volume）一项，要确保为正直，否则无法计算。图4.4检查网络（三）、依次点击 GridSmooth/Swap，打开Smooth/Swap Gird对话框，如图4.5所示。图4.5 Smooth/Swap Gird对话框点击Swap.信息反馈窗口中显示，再点击一次Swap，使得Number face swapped 变为0，如图4.6所示图 4.6（四）

43、、建立求解模型。1.依次点击DefineModelsSolve,打开Solve对话框，如图4.7所示。图4.7 Solve对话框保留默认设置，点击 OK .2.选择湍流模型。依次点击DefineModelsViscous，打开Viscous Models对话框，如图4.8所示。图4.8Viscous Models对话框Model选择k-e模型，各项设置保留默认，点击 OK.如图4.9所示。图4.9 求解器模型的选择（五）、设置流体属性。依次点击DefineMaterials，打开Materials对话框，如图4.10所示。图4.10 Materials对话框1.点击Fluent Databas

44、e，打开Fluent Database Materials对话框，如图4.11所示。图4.11Fluent Database Materials对话框2.在Fluent Database Materials对话框中选择water-liquid，点击Coppy。3.在Materials对话框中单机Chane/Create,关闭对话框。（六）、设置边界条件。依次点击Define- Boundary Conditions，打开Boundary Conditions对话框，如图4.12所示。图4.12 Boundary Conditions对话框1.设置管道的入口边界条件。在Zone下拉列表中选取in

45、,如图4.13所示。在Type下拉列表中选取Velocity-inlet，点击Set，打开边界条件设置对话框如图4.14所示。图4.13 Boundary Conditions对话框点击Set，打开边界条件设置对话框如图4.14所示。图4.14 Velocity-inlet对话框在Velocity Magnitude（m/s）中输入0.3，其余设置保留默认。点击 OK .2.设置管道出口边界条件。在Zone下拉列表中选取out,在Type下拉列表中选取outflow,如图4.15所示。图4.15 Boundary Conditions对话框点击Set，打开边界条件设置对话框如图4.16所示。图

46、4.16 出口边界条件点击 OK 。3.设置液体边界条件。在Zone下拉列表中选取fluid,在Type下拉列表中选取fluid,如图4.17所示。图4.17 流体类型的选择在Material Name下拉列表中选择water-liquid,其余设置保留默认，点击 OK。（七）、求解初始化。依次点击SloveInitializeInitialize，打开Solution Initialization对话框，如图4.18所示。图4.18 Solution Initialization对话框在Computer From中选择in，点击 Init。（八）、设置求解器参数。依次点击SloveMonit

47、orsResidual。打开Residual Monitors对话框，如图4.19所示。图4.19 Residual Monitors对话框在Options中勾选Print和Plot，其余保留默认设置，如图4.19.点击 OK .（九）、依次点击FileWriteCase,保存数据。（十）、迭代计算。依次点击SloveIterate，打开Iterate对话框，如图4.20所示。图4.20 Iterate对话框在Number of Iterations中填入300，即进行300次迭代计算。点击Iterate，开始迭代，出现残差图。经过一段事件后，在迭代102次后收敛，如图4.21（4.22）所示

48、。图4.21 速度为0.3m/s，出口为70mm时的残差图图4.22 速度为0.3m/s，出口为90mm时的残差图依次点击FileWriteDate，保存数据。三、FLUENT数据处理。用FLUENT初步计算后，还需要对所得数据进行进一步处理，才能得到我们所需要的数据。（一）、读入之前保存的Case和Data文件。依次点击FileRead- Case&Data，读取文件。（二）、显示网格。点击DisplayGrid，弹出Grid Display 对话框，如图4.23所示。图4.23 Grid Display 对话框点击Display，窗口显示如图4.24所示。图4.24 显示网格（三）

49、、创建等值面。点击Surface -Iso-Surface，打开Iso-Surface对话框，如图4.25所示。图4.25 Iso-Surface对话框取Z=0.05的横截面为等值面，参数设置如图4.26所示。图4.26 Z=0.05等值面设定. 点击Greate,创建等值面。依次创建Z=0.1,Z=0.15,Z=0.2,Z=0.3等值面。（四）、绘制压强图。取等值面Z=0.05的压强，点击DisplaContours,打开Contours对话框，参数设置如图4.27所示。图4.27 Contours对话框设定点击Display。压强图如下。图4.28 k-e模型出口70mm,速度0.3m/s

50、,z=0.05截面的压强图图4.29 k-e模型出口70mm,速度0.3m/s,z=0.1截面的压强图图4.30 k-e模型出口70mm,速度0.3m/s,z=0.15截面的压强图图4.31 k-e模型出口70mm,速度0.3m/s,z=0.2截面的压强图图4.32 k-e模型出口70mm,速度0.3m/s,z=0.3截面的压强图（五）、绘制截面速度图。取Z=0.05截面的速度点击DisplaContours,打开Contours对话框，参数设置如图4.38所示。图4.38 Contours对话框参数设置点击Display。速度图如下。图4.39 k-e模型出口70mm,速度0.3m/s,z=

51、0.05截面的速度图图4.40 k-e模型出口70mm,速度0.3m/s,z=0.1截面的速度图图4.41 k-e模型出口70mm,速度0.3m/s,z=0.15截面的速度图图4.42 k-e模型出口70mm,速度0.3m/s,z=0.2截面的速度图图4.43 k-e模型出口70mm,速度0.3m/s,z=0.3截面的速度图（六）、绘制出口速度图在Contours对话框中surfaces中选择out，如图4.49所示。图4.49 Contours对话框图4.50 k-e模型出口70mm,速度0.3m/s,出口速度图（七）、绘制迹线。点击DisplayPathlines,打开Pathlines对

52、话框，设置如图4.52所示。图4.52 Pathlines对话框设置在Options中勾选Draw Grid后弹出Grid Display对话框，如图4.53所示。图4.53 Grid Display对话框在Edge Type中选择Feature.点击Display，点击Pathlines对话框中的Display。得到迹线图，如图4.54所示。图4.54 k-e模型出口70mm,速度0.3m/s,迹线图第五章 计算结果分析对计算结果进一步分析，在流速为0.3m/s时，对出口为70mm和90mm的装置的效能进行分析。取z=0.05,z=0.1,z=0.15,z=0.2,z=0.3的等值面。一、绘制压强折线图。依次点击ReportSurface Intergrals打开Surface Intergrals对话框，如图5.1所示图5.1 Surface Intergrals对话框在Report Type中选择Area-Weighted Average；在Filed Variable中选择Pressure（压强），Total Pressure;在Surfaces中选择in、out、z=0.05、z=0.1、z=0.15、z=0.2、z=0.3。点击Compute。得到数据如下表。（一）、出口70mm各横截面压强表