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时间:2018-08-06
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1、作业:空气流过高温平板的流动与换热问题学院名称:机械与汽车工程学院专业班级:过程装备与控制工程11-2班姓名:罗韦荣学号:xxxxxxxx指导教师:马培勇空气流过高温平板的流动与换热问题1.问题描述温度为TO、压强为PO的理想气体以均速VO流过温度为Tp、长为L的无限宽平板如图1所示。对平板绕流的流动过程、热传导过程以及所受到的剪切应力分布等进行数值模拟计算。VOyTpxL=1m对于平板于来流存在大温差的情况,必须考虑流体的可压缩性,为此我们假设来流是可压缩的。设来流为空气,来流参数如下:来流流速V=20m/s动力粘
2、度u=1.89x10-5Pa·S导热系数λ=0.0247W/(m·K)定压比热Cp=1005J/(Kg·K)来流温度TO=300K来流压强PO=101325Pa由理想气体状态方程,来流气体的密度为ρo=1.177Kg/m3来流的雷诺数Re=1.266x10x61.数学模型本次模拟为稳态,故去除各方程的时间项。(1)质量守恒方程该过程为稳态模拟,去除时间项后为(2)动量方程(3)本构方程(4)能量方程(5)状态方程本次模拟只是传热,不包括传质。1.模型建立及边界条件3.1利用Gambit建立计算区域和指定边界条件类型步
3、骤1:文件的创建及其求解器的选择(1)启动Gambit软件(2)建立新文件在如下图所示文件创建框,输入kongqiliu作为创建的文件名。保存于d盘的plate(3)选择求解器单击主菜单Solver在弹出的对话框中选择FLUENT5/6,即利用Fluent求解器求解。步骤2:创建控制点选择Operation-Geometry-Vertex打开如下图所示对话框在左边XYZ坐标对应的三个文本框中依次输入四个控制点坐标分别为(0,0,0)、(1,0,0)、(1,1,0)、(0,1,0)创建后如下图所示步骤3:创建边选择Op
4、eration-Geometry-Edge,打开如下图所示对话框在上图上面对话框中点击向上的箭头即可得到下面的对话框,选择2、3控制点单击向右的箭头在上面的框中单击Apply即可使2、3号控制点连线,同理把其余点依次连线组成矩形步骤4:创建面选择Operation-Geometry-Face即可打开一对话框,在Edges文本框中把四根线都选上,然后单击Apply,可以看到四根线变成蓝色表明面已经创立。利用Gambit软件右下角GlobalControl中Shade按钮就可以看到创建的面,如下图所示步骤5:网格划分(1
5、)边的网格划分选择Operation-Mesh-Edges打开如下图所示的对话框(1)面的网格划分选择Operation-Mesh-Face打开面的网格划分对话框,在Face文本框中选择face.1面Spacing值设置为1.0,且其后对应的项目是Intervalsize,单击Apple即可把上诉的面划分网格如下图所示步骤6:边界条件类型的指定选择Operation-Zones,打开如下图所示的对话框其中Name文本框是给边界命名Type是给边界类型指定,Edges选择边界,分别给1、3号边界命名Wall和SYMME
6、TRY;4和2号边界分别就是入口边界名和出口边界,指定类型为VELOCITY_INLET和PRESSURE-OUTLET,可看到如下图所示的效果步骤7:mesh文件的输出选择File-Export-Mesh再打卡的对话框中输保存文件的文件名和存储路径单击Accept确定2、利用Fluent求解器求解步骤1:求解器的选择由于本例涉及的是二维管道流动,故打开Fluent软件后在弹出的对话框如下选择二维求解步骤2:文件导入和网格操作(1)读入文件File-Read-Case,选择前面保存的文件打开,如图(1)检查网格文件G
7、rid-Check,此操作是Fluent求解器对读入的网格文件进行检查(2)设计计算区域尺寸由于Gambit作图时默认单位是mm。而Fluent默认单位是m,所以要通过ScaleGride对话框缩放计算区域,按下图所示设置数值(3)显示网格Display-Grid然后直接单击对话框中的Accept进行确认即可显示网格如下图所示步骤3:选择计算模型(1)计算器的定义Define-Models-Solver由于本例较为简单,此处可直接按默认值设定即可(2)启动能量方程(3)确定紊流模型,如下图所示步骤4:定义流体的物理性
8、质Define-Materials在弹出的对话框中单击FluentDatabase(流体数据库)选择流体为气体,如下图所示步骤5操作环境的设置Define-Operation-Conditions,环境压强按默认值大气压强,此处不考虑重力影响故基本也可按照默认值如下图所示步骤5:设置边界条件Define-BoundaryConditions(1
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