圆锥形立式混合器数值模拟.docx

圆锥形立式混合器数值模拟.docx

《圆锥形立式混合器数值模拟.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《圆锥形立式混合器数值模拟.docx（9页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

圆锥形立式混合器数值模拟

燕山大学

专业综合训练说明书

题目：

圆锥形立式混合器数值模拟

学院（系）：

年级专业：

学号：

学生姓名：

指导教师：

李楠

教师职称：

讲师

圆锥形立式混合器数值模拟（三维）

目录

一、综述----------------------------------------4

二、任务分析------------------------------------4

三、网格划分-------------------------------------4

四、设置边界条件--------------------------------4

五、计算结果与分析--------------------------------5

六、温度分布图分析--------------------------------7

七、中心线上的温度分布----------------------------8

八、总结分析-------------------------------------10

九、综合训练心得体会---------------------------10

十、参考文献-------------------------------------11

圆锥形立式混合器数值模拟（三维）

一、综述

通过运用FLUENT软件的标准k-e湍流模型对冷、热水混合器进行三维数值模拟计算，分析其内部流场变化情况，通过模拟计算模型内流场变化，能真实放映混合器内部的复杂流动，为混合器的设计和改进提供理论依据。

二、任务分析

冷水和热水分别自混合器的两侧沿水平方向流入（一种方案是冷热水都从水平切线方向流入，一种是热水从水平径向方向流入，冷水从切线方向流入），在容器内混合后经过下部渐缩管道流入等径的出流管，最后流入大气，该问题是三维的流动问题。

如下将对方案一进行设计分析。

三、网格划分

网格生成过程就是把一个给定的区域（或几何体）分解成有限单元，以便使偏微分方程有较好的数值解。

网格生成是连接几何模型和数值算法的纽带，几何模型只有被划分成一定标准的网格时才能对其进行数值求解，网格划分越细，得到的结果就越精确。

此混合器，以进水口位置不同时的模型为例来进行模拟仿真。

其进、出口管径分都为2cm，混合器直径为20cm,高度为8cm。

利用GAMBIT建立混合器的几何模型，利用TGrid程序对整体进行网格划分（采用四面体网格）。

划分好网格后，检查网格的划分情况。

图1是以进、出水口从水平切线方向流入进行网格划分。

图1模型网格划分图

四、设置边界条件

入口边界：

混合器入口速度可以认为是均匀分布的，分析的流体是稳态不可压缩的水。

冷水入口速度大小1m/s，温度280k，热水入口速度大小1m/s，温度320k，冷热水入水口的湍动能κ和湍能耗散系数ε分别按5%的湍流强度和2cm水力直径计算确定。

出口边界：

由于系统背压的存在，对于流出区域，采用压力形式边界。

压力边界值设置为P=1.3e+05pa，即表压设为0pa，即采取默认设置。

壁面条件：

固体壁面上采用无滑移条件

五、计算结果与分析

进口条件湍流模型κ和ε的指定采用湍流强度与水力直径。

在求解中分别选用标准κ-ε模型,模拟计算三维冷热水混合器内部液体流动状况。

结果显示,冷水和热水分别自混合器的两侧沿水平切线方向流入时，标准κ-ε湍流模型在200次迭代时达到收敛,当冷水入口沿水平切线方向流入，热水入口沿水平径向流入时，模型在迭代68次时就达到收敛。

图2迭代收敛曲线

图3z=4平面温度分布

图4壁面冷水侧温度分布

图5壁面热水侧温度分布

六、温度分布图分析

图3是z=4平面上的温度分布图,图4、图5是壁面上的温度分布,通过比较可看出，当冷热水入口沿水平切线方向流入时，冷热水的流动方向相一致因此混合较为平顺,不会产生特别明显的涡流，因此混合器内同一位置温度梯度小；温度渐变为300k。

实际工程应用中，可采取顺流、逆流、错流等多种形式。

当然会得到不同的温度分布。

图6出口压力分布

图7z=4平面速度分布云图

图8中心截面速度分布云图

z=4平面上的速度矢量图，经分析可得，流体以1m/s流进混合器，随着入水口的增大，进入混合器的流体速度也增大，从图中可看出，当冷水和热水分别自混合器的两侧沿水平切线方向流入时，流体混合较充分。

七、中心线上的温度分布

图9中心线温度分布

图10中心线压力分布

在此入口布置下混流器中心轴线z轴上的温度分布图。

当冷热水都从水平切线方向流入时，在整体范围内z轴上的温度趋于一个稳定的值300k左右，可见这样的入口设置使得混流器内的温度处于一个较为稳定的状态。

八、总结分析

对水流入口的布置方式的数值模拟结果表明，冷、热水入口的布置位置对混流器内部的流场有一定的影响。

该入口的布置使得冷、热水的入流轨迹平顺的相互混合，避免了相互间直接的碰撞，这样降低了混流器内部的混乱程度，降低了混流器内流体速度的不均匀性。

与此方案相对应的另一方案则会得到不同结果，在此不详细论述。

九、综合训练心得体会

经过本次综合训练对gambit和fluent应用软件有了一个初步了解。

认识到计算机工程辅助软件对工况进行模拟，通过不同的参数设定，结构设计，数值分析，满足工程要求条件。

也正基于此点，设计不同的结构模型，而不用实际机械加工即可得到结构、参数分析结果，为选择最佳设计工况选取提供直接借鉴。

并借助计算机能够极大的减少了工作量，提高了工作效率，削弱试验资源短缺限制。

其实就是本项目也可进行不同分析，得到比较完善的结果，但由于时间原因，不得不删繁就简。

通过在设计过程中与同学的沟通交流，完善了知识结构，弥补了其中的欠缺点。

衷心地感谢我的同学们，谢谢你们。

衷心地感谢李老师，感谢您的悉心指导。

十、参考文献

1、《热力学》，（美）沃克（Wark,K.）等，清华大学出版社，2006年（第6版）.

2、《流体力学》，汪志明，西安交通大学出版社，2001.

3、《Fluent工程技术与实例分析》，周俊杰，中国水利水电出版社，2010.

4、FLUENT流体工程仿真计算实例与分析，韩占忠.

5、FLUENT工程技术与实例分析，周俊杰.

燕山大学综合训练评审意见表

指导教师评语：

（1）任务完成情况：

按照任务书要求（很好、比较好、一般、较差）完成规定的任务量；

（2）纪律、态度：

工作作风（特别、比较、不够）严谨扎实；工作（非常、比较、不够）努力；

（3）分析与解决问题的能力：

（能、基本能、不能）运用所学知识和技能去发现与解决实际问题；

（4）综合训练论文质量：

文字通顺，编号齐全、书写工整规范；图表完备、符号统一、整洁、正确，技术用语准确，有见解；论述充分，分析、处理问题科学；本条各项达到要求程度（很好、比较好、一般、较差）。

成绩：

指导教师：

2013年12月20日

答辩小组评语：

（1）论文质量：

图纸、图表、书写的规范性（很好、较好、一般、较差）。

（2）答辩质量：

思路清晰；语言表达准确，概念清楚，论点正确（很好、较好、一般、较差）。

（3）自我见解：

对工作有自我理解或体会，或有独特见解（很好、较好、一般、较差）。

（4）回答问题：

有理论根据，概念清楚，准确，深入，有逻辑性（很好、较好、一般、较差）。

（5）讲解时间：

符合要求（很好、较好、一般、较差）。

成绩：

答辩小组成员签字：

2013年12月20日

综合训练总成绩：

2013年12月20日