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fluent冷热混合器模型指导.docx

1、fluent冷热混合器模型指导三维流动与传热的数值计算问题描述:冷水和热水分别自混合器的两侧沿水平切向方向流入,在容器内混合后经过下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)图1第二步:创建混合器主体(GEOMETRY-VOLUME-CREATE VOLUME-cylinder,如图1)a) Height(长度):8 Radius1(半径):10b) Axis Location(中心轴)选择PositiveZ(z轴正向)c) 其

2、他默认第三步:设置混合器切向入流管道a) 按照上步建立切向流管b) 流管Height(长度):10 Radius1(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-VOLUME-CREATE-VOLUME-MOVE/COPY.如图2)a) Volumes右侧黄色区域向上箭头选择小管(选中变红)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轴旋转180度:Operation选择Rotatef) Volumes选择Copyg) V

3、olumes右侧黄色区域向上箭头选择小管(选中变红)h) Angle(旋转角度)填入180i) 图2其他默认,然后选择应用(如图3)。3.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38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Operaton项,选择Rotate;d)在Angle (旋转角度)右侧填入180;e)在Axis 项,注意到: Act

4、ive 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(GEOMETRY-VOLUME-UNITE REAL VOLUME,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Apply,合并后图形如图6。图5图6第六步:创建主体下部的圆锥(GEOMETRY-VOLUME-CENTER VOLUME,如图7)a) 在Height 项填入5;b) 在Radius

5、l 项填入1; (出流口小管的半径为1) 。c) 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) 图7点击Apply.第七步:创建出流小管(选择同第二步)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l;(2)在Axis Location 下拉列表中,选择NagativeZ;(3)点击Apply 。2. 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

6、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Type C 坐标类型)右侧下拉列表中选择Cartesian (笛卡儿)坐标:(5)在Global (位移量)项,输入x= 0, y = 0, z = -5;(6)点击Apply ,结果图8。图8第八步:将混合器上部、渐缩部分和下部出流小管组合为一个整体(操作同第五步)第九步:对混合器内区域划分网格(MESH-VOLUME-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Spaci

7、ng 项,选择Interval size,并填入0.5;图9(4)保留其他默认设置,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(Examine Mesh,如图12)(1)在Display Type (显示类型)项选择Plane (平面):(2)选择3DE1ement 以及:(3)勿在Quality Type (大小类型)项选择EquilAngle Skew;(4)在Out Orientation 项,用鼠标左键拖动Z 轴滑块,则会显示不同Z 值平面上的网格(如图11):(5)在Out Orientation 项,用鼠

8、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项选择Range,点击对话框下部滑块可选择现实的比例及大小。第十一步:设置边界类型(ZONE-SPACFIC-BOUNDARY 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inlet1。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面边线,此时入口边线的圆变为红色。点击Apply 。(2)重复上述步

9、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)在可pe 列表中选择PRESSURE_OULET;c)在Faces 项选择混合器下部出流口断面:d)点击Apply 。注意:对于其他未设置的面,默认为固壁图10图11图12图13第十二步:输出网格文件(fileexport-mesh)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(File-Read- Case.)2. 确定长度单位为cm操作Grid-Sc

10、ale .打开“Scale Grid”设置对话框如图14 所示。(1)在Units Conversion 下的Grid Was Created h 右侧列表中选择cm;图14(2)点击Change Length Units:此时左侧的Scale Factors 下的X,Y,Z 项都变为0.01 。(3)点击下边的scale按钮:此时, Domain Extent附下的单位由m 变为cm,并给出区域的(4)点击Close 关闭对话框。3. 检查网格操作: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。图154. 显示网格操作:Displa

11、y- Grid.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。第2 步:创建计算模型图161. 设直求解器操作Define-Model-Solver打开“Solver设置对话框如图16所示。(1)在Solver 项选择Segregated;(刀在Formulation 项选择Implicit;(3)在Space 项选择3D;(4)在Time 项选建Steady;(5)点击OK。2. 启动能量方程操作Define-Modle- Energy.打开“Energy”设置对话框如图17所示,点击OK图17.3. 打开湍流模式操作Define-Model-Viscous选择k-

12、epsilon2 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-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328 所示:(2)在Fluid Materials列表中选择water-liquid;(3)点击Copy,点击Close关闭“Database 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Define-Boundary Condition图18打开“Boundary C

13、onditions”设置对话框如图20所示。1. 设直入流口1 的边界条件(1)在Zone 列表中选择inlet-1;图19图20(2)点击Set.按钮:打开“Velocity Inlet”设置对话框如图19。(3)在Velocity Specification Method (速度定义方法)项下拉列表中选择Magnitude, Normalto Boundary (速度大小,方向垂直作于作用面):(4)在Velocity Magnitude (速度大小)项填入1 m/s;(5)在Temperature K项填入320;(6)Turbulence Specification Method (湍

14、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; (入口直径)(9)点击OK 按钮。2. 设置入口2 的边界条件(1)在“Boundary Conditions ,对话框中,在Zone 列表中选择inlet-2(2)点击Set.按理:打开“Velocity Inlet”。(3)在Temperature 项填入200 K,其他与入口1 设置相同:(4)点击OK 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;(

15、2)勾点击Set. .按钮:打开“Pressure 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 Temperature (出口总温)项设置为300K;(5)其他与入口边界设置相同:(6)点击OK。第5 步:求解初始化操作Solve- Initialize-Initialize.打开求解初始化设置对话框如图22 所示。(1)在Initia1es (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: Z-Velocity 项设置为1;图2

16、2(2)点击Init。图23第6 步:设置监视器操作Solve-Monitors-Residual.打开“Residual 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OK。第7 步:保存Case 文件操作:File-Write-Case第8 步:求解计算操作Solve-Iterate.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。Fluent 开始计算。在迭代119次后,计算收敛,残差曲线图如图25 所示。图24图25计算结果的后处理第1

17、步:读入Case 和Data 文件操作File-Case & Data .第4 步:绘制温度与压强分布图操作Display-Grid.(1)在Options 项可以选择线(Edges)或面(Faces);(2) 在Surfaces 列表中,可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中键对图形进行旋转、缩放和移动。第2 步:显示网格第3 步:创建等(坐标)值面为显示3D 模型的计算结果,需要创建一些面,并在这些面上显示计算结果。FLUENT 自动定义边界面为面,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

18、要定义一些其他的面来显示计算结果。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。(1) 图26在Surface of Constant 下拉列表中选择Grid.和Z-Coordinate;(2)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;(4)在New Surface Name 下填入surr-1: I(5)点击Create。此平面为在混合器内通过两个入口轴线的平面。2. 创建一个x=O 的平面,命名为surf-2(1)在Sur

19、face of Constant 下拉列表中选择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 下填入surl-2;(5)点击Create,点击Close 关闭对话框。此平面为通过z 轴,且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:Display-Contours.图27打开“Contours”设置对话框如图27所示。现绘制水平面surl-1 上的温度分布图:(1)在Options 项选择Filled;(2)在Contou

20、rs Of 项选择Temperature.和Static Temperature;(3)在Levels 项填入30;(4)在Surfaces 项选择surf-1(5)点击Display 按钮。图28则在surf-I 平面上的温度分布图如图28所示。2. 绘制壁面上的温度分布图(1) 在Surfaces 项不选择surf-I ,选择wall;图29(2) 点击Display 按钮,则壁面上的温度分布如图29所示。3. 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;图30(2)在Surfaces 项选择Surf-2

21、,点击Display 按钮,则surf-2 上的温度分布如图30所示。第5 步:绘制速度矢量图操作: Display-Vectors打开“Vectors”设置。1. 显示在surf-1 上的速度矢量图(1) 在Style 项下拉列表中选择arrow;(2)将Scale 项改为3;(3) 在Surfaces 项列表中选择surf-1:(4)保留其他默认设置,点击Display 按钮。则在图形窗口显示surf-1 上的速度矢量图如图32所示。2. 显示在surf-2 上的速度矢量图(1)在Surfaces 项列表中选择surf-2;(2)保留其他默认设置,点击Display 按钮。则在图形窗口显示

22、surf-2 上的速度矢量图如图31所示。图31图32第6 步:绘制流体质点的迹线迹线就是流体质点在运动过程中所走过的曲线。对于观察和研究复杂的三维流动来说,绘制流体质点的迹线是一个很有效的方法。1. 创建一条流体质点的起始线操作: Surface- Line/Rake.打开“Line/Rake Surface”设置对话框33所示。(1)在Type下拉列表中选择Rake;创建直线设置对话框这里有两种类型,一个是rake 表面,由在两个端点之间等距离分布的点组成。另一个是line 表面,其上的点可以是非等距分布。(2)在Number of Points 项保留默认的10:这将会产生10条迹线。(3)在EndPoints (直线的端点)项,设起点为(10, 8, 4),端点为(10, 10,。这是入口处的一条径线的两个端点。(4)在New Surface Name 项填入名字rake-7;图33(5)点击Create,点击Close 关闭对话框。图34

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