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1、fluent课程设计 工程流体力学计算与分析 组 号： 指导老师： 组 员： 以烟道设备为研究对象，结合设备的实际使用情况，对烟道内的烟气进行精确的数值模拟，掌握烟道内烟气流动的特点与变化规律。图 1烟道模型如图1所示，烟气从A的支管进入，由中间大管排出。已知B管道中烟气流速为10.57m/s，出口静压力为101325pa。考试要求：（1）前处理部分：详细阐述建模过程；网格剖分过程；加边界条件，网格输出过程；（2）Solver部分：FLUENT材料特性、边界条件定义过程，用k-e模型求解管道流场的过程；（3）结果后处理部分：y=0截面速度、压力（静压、动压、总压）分布云图 y=0截面速度矢量图

2、 Y=0截面速度矢量动画 出口处（x=0,z=0交界面处）速度、压力（静压、动压、总压）的XYplot。 加分题，自己探索后处理功能，并演示。二、模型建立建模思路：1. 将初始模型dbs文件用Gambit打开，并export为igs文件。2. 其中A、B两段的igs文件中几何模型部分缺失（几何数据转换常见的问题）。3. 将igs文件导入Catia软件，对缺失面进行修补。4. 修补完成后，在A、B、C段相连接的“圆截面”上建立局部坐标系，原点选择截面中心。5. 以局部坐标系为参考，进行旋转、平移等操作，将A、B、C三段模型近似装配为一个整体，然后将新的几何再次导出为igs文件。6. 将新的igs

3、文件导入到Hypermesh软件，进行几何清理（通过translate操作将A、B、C三段微调，然后通过replace操作将三段连接在一起，删除多余的面）及初始面网格划分（面网格均为直角三角形）。7. 将划分好初始面网格的模型导出为stl格式，为下一步进行流体体网格的划分做准备。具体实施：1. 通过Gambit，将dbs文件export为igs文件图 12. Catia中显示几何缺失面图 23. 修补缺失面图 34. 在接合面上建立局部坐标系图 4图 55. 几何装配及导出文件图 66. Hypermesh几何清理及面网格划分图 7连接位置 图 87. 初始面网格划分三、网格划分 首先将B、C

4、段合成一个完整的立体模型，bds文件通过Gambit转化为igs文件，然后用Catia（CAD）将BC短的圆心坐标设成相同然后转存为igs文件，再用Hypermesh将两个文件的模型链接到一起，画2D网格，转存为stl格式。将stl格式的文件用star-ccm设置边界层网格尺寸，将模型分为四层，延伸系数为1.5，在根据feartuer line画出体力模型，形成立体网格，最后的输出文件为plt。四、计算部分1.检查网格GeneralCheck2.建立模型ModelsViscous-Standard k-e, Standard Wall Fn子菜单中选择k-epsilon.其余默认3.选择材料模

5、型MaterialsFluid下选择air4.边界条件设置Boundary Conditions进口一边界条件：选择inlet1Type下选择velocity-inlet速度进口模式Edit打开子菜单速度项Velocity Magnitude添加10.6m/s，水利直径处填3.92m进口二边界条件：选择inlet2Type下选择velocity-inlet速度进口模式Edit打开子菜单速度项Velocity Magnitude添加10.6m/s，水利直径处填3.92m。出口边界条件：选择outletType下选择pressure-outlet压力出口模式Edit打开子菜单压强项Gauge Pr

6、essure添加0(Ansys中fluent压强默认为相对压强)，水利直径处填5.62m边壁边界：选择wallType下选择wall5.显示的一些相关参数6.求解方法Solution MethodsScheme下选择SIMPLE便于计算7.控制条件Solution ControlsTurbulent Kinetic Energy 多次尝试后选择0.9便于收敛8.初始化Solution InitializationStandard Initialization 其余默认。9.动画设置SurfaceIso-SurfaceSurface of Constant下选择Mesh, Y-Coordinat

7、e; Iso-Values下选择0createCalculation ActivitiesAutosave Every中选择10步一保存Solution AnimationsCreateAnimations Sequences选1DefineWindow选2Displace Type中选Vectors10.计算计算步数选择500步五、后处理1.残差曲线这里收敛标准取为0.001，计算100步达到收敛条件。为了显示结果设置了一个y=0的等值面记为y=0，以及出口（X=0、Y=0）处一条直线，直线两点坐标分别为（0，-2.81,0）、（0,2.81,0），记为line-9。2.y=0平面后处理y=

8、0平面速度云图y=0平面速度矢量图y=0平面速度矢量局部放大图从y=0截面速度云图及矢量图可以看出y=0截面的转弯处，弯角内侧壁面附近流速较大最大速度为17m/s左右，弯角外侧壁面附近流速较小。y=0平面静压云图由静压云图可知入口静压较大，最大静压值为0.15kpa，而出口处静压较小；另外转弯处内侧壁面附近静压较小而外侧壁面附近静压较大，最小静压值为0.103kpa。y=0平面动压云图观察动压云图可以看到转弯处内侧壁面附近动压较大而外侧壁面附近动压较小，最大动压值为0.17kpa左右，而最小静压值为-0.58710-3kpa。y=0平面总压云图总压云图规律基本与静压云图一致，最大总压值为0.1

9、7kpa，最小总压值为-0.02kpa，可知管道内存在真空。以上速度云图、矢量图及压力云图基本符合实际物理规律，因为流体在流经等直径的弯管时会受到离心力的作用，所以管壁外侧静压增大，内侧静压减小，再由伯努利方程知外侧速度减小，内侧速度增加，从而外侧动压减小，内侧动压增加。3.出口（line-9）后处理出口速度xyplot图可以看出在line-9上流速呈对数分布，管道中心附近速度最大达到12m/s，随着壁面距离的减小速度逐渐减小至0。出口静压xyplot图管道中心附近静压最大达到70pa左右，随着壁面距离的减小静压逐渐减小至20pa左右。出口动压xyplot图管道中心附近动压最大达到85pa左右

10、，随着壁面距离的减小静压逐渐减小至0。出口总压xyplot图看以看到管道中心附近总压最大达到150pa左右，随着壁面距离的减小静压逐渐减小至20pa左右。由壁面无滑移条件可知壁面处速度应为零。故管道中心附近流速应该较大从而动压也较大，随壁面距离减小速度逐渐减小从而动压也随之减小。4.y=0平面速度矢量动画 y=0平面速度矢量动画4.其他inlet1及inlet2迹线这里的迹线是以particle variables着色生成的，还可以压力、密度、速度等为着色。x轴动量x轴方向力进出口体积流量进出口质量流量以上几张图片均是在reports选项下得到。其中绕各个轴的动量及各个方向的力均可以得到，而面

11、积分中不光可以得到体积流量还可以得到其他一些数据。5.CFD-postFluent计算完成后的后处理过程除了采用fluent自带的后处理工程完成外还可以应用ansys自带的一款后处理组件-CFD-post。Fluent与CFD-post有共同点也有区别，两种后处理都包括了分析CFD结果的许多工具，如生成等值面、速度矢量图、流线图、迹线图以及动画等；然而本人觉得CFD-post相对来说更加方便，因为其生成的直线、平面、云图、矢量图等均会保存于左侧模型操作树窗口方便点选，而fluent中每次查看完云图及矢量图后却不会保存，当观察完一个云图并关闭后想要再次观察就必须重新点选生成。CFD-post的另外一个优势就是允许用户对几何边界进行后处理操作，用户可以选择几何边界的着色变量并设置其透明度，这一操作与迹线或流线配合使用，生成的图片效果较fluent更好。CFD-post操作界面以上就是本次计算后处理简单介绍。由于本人接触fluent时间尚短，对于fluent后处理功能目前也只有初步了解，还有很多后处理功能不是很清楚可能存在错误或不足之处，之后我会继续加强学习争取早日掌握并熟练应用fluent相关功能。