圆锥形立式混合器数值模拟.docx

1、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

2、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

3、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和湍能耗散系数分别按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

4、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和的指定采用湍流强度与水力直径。在求解中分别选用标准-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-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3 z=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

5、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7 z=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

6、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

7、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，2

8、001.3、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