维冷、热混合器的流动与传热特性分析

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1、计算流体力学二维冷、热混合器的传热及流动特性班级：硕动力143班学号：2142214047姓名：孙苗青华北电力大学摘要在工程和生活中，冷、热混合器内的流动是最常见也是最简单的一种流动。本文用Fluent软件来模拟研究二维冷、热混合器内的传热及流动特性，主要对速度分布、温度分布以及出流口截面上的温度、压力及速度分布情况作出分析。首先在Gambit里建立物理模型，建立二维冷、热混合器的物理模型，并划分四叉树、三角化和混合型三套网格。选用能量守恒方程，分别对三套网格下，冷、热混合器内部流体进行模拟分析，并在FLUENT软件中以直观的方式表示出了在K-epsilon湍流模型下，三套不同网格在混合器内

2、的流动状况以及在四叉树网格下，设置Spalart-Allmaras湍流模型下表示出混合器内的流动情况。分析讨论并比较所得到的数值模拟结果的准确性。关键词：FLUENT；冷、热混合器；数值模拟II华北电力大学目录1绪论11.1课题提出的意义11.2直接数值模拟方法简介11.3主要研究内容12直接数值模拟方法22.1FLUENT简介22.2FILENT计算过程32.2.1建立数学物理模型32.2.2数值模拟阶段32.2.3后处理阶段32.3控制方程42.3.1物理模型42.3.2湍流流动的数值模拟43在GAMBIT中建立模型54在FLUENT中求解计算64.1FLUEMT的参数设置64.2混合器

3、的计算结果及分析74.2.1分析三种网格的计算结果74.2.2分析两种湍流模型的计算结果115总结与展望155.1总结155.2展望156致谢167参考文献17II华北电力大学1绪论1.1课题提出的意义对水流进行数值模拟的一个有效的工具是fluent将其应用于计算流体动力学进行数值模拟，可以方便地计算出各项水流参数的全场分布，具有计算快速，简捷，数值精度较高等优点。本课题研究用Gambit软件来进行模型的设置，FLUENT软件来进行数值模拟仿真研究冷、热水混合器的流动，在此基础上分析二维冷、热水混合器的流动和传热特性，得出混合器内流动的流速分布和压强分布。比较不同网格下混合器的流动特性以及不

4、同湍流模型下混合器的流动特性。1.2直接数值模拟方法简介对于湍流的直接数值模拟，数值方法主要有有限单元法，有限体积法，高阶有限差分法和谱方法等。直接数值模拟有很多的优点，但是，它并不是完美无缺的。直接数值模拟的最大的缺点就是计算量大。因此，受目前计算机发展水平的限制，直接数值模拟还只能用于低雷诺数流动的计算。由于实际工程问题所涉及的雷诺数都相当高，因此直接数值模拟还很难运用到工程计算中。但在湍流的理论研究中，直接数值模拟还是一个很有效的工具。1.3主要研究内容本文研究用CFD软件之FLUENT软件来数值模拟仿真研究二维冷、热混合器内的流动特性，得出混合器内流动的流速分布和压强分布等，在此基础

5、上分析比较不同网格和不同湍流模型下的二维混合器内流动特性。Fluent是流体力学中通用性较强的商业CFD软件。Fluent软件可对定常不可压缩流体在冷、热水混合器内的流动进行数值模拟本文利用直接数值模拟的方法，计算出了二维混合器内的速度与压力场。利用直接数值模拟得到的结果，我们研究了混合器内设置不同网格和不同湍流模型下的一些统计性质，进行比较，验证我们的数值模拟结果的正确性。18华北电力大学2直接数值模拟方法2.1FLUENT简介FLUENT是目前国际上比较流行的商用CFD软件包，在美国的市场占有率为60%，凡是和流体、热传递和化学反应等有关的工业均可使用。它具有丰富的物理模型、先进的数值方

6、法和强大的前后处理功能，在航空航天、汽车设计、石油天然气和涡轮机设计等方面都有着广泛的应用。CFD商业软件FLUENT，是通用CFD软件包，用来模拟从不可压缩到高度可压缩范围内的复杂流动。由于采用了多种求解方法和多重网格加速收敛技术，因而FLUENT能达到最佳的收敛速度和求解精度。灵活的非结构化网格和基于解的自适应网格技术及成熟的物理模型，使FLUENT在转换与湍流、传热与相变、化学反应与燃烧、多相流、旋转机械、动/变形网格、噪声、材料加工、燃料电池等方面有广泛应用。FLUENT软件具有以下特点：FLUENT软件采用基于完全非结构化网格的有限体积法，而且具有基于网格节点和网格单元的梯度算法；

7、定常/非定常流动模拟，而且新增快速非定常模拟功能；FLUENT软件具有强大的网格支持能力，支持界面不连续的网格、混合网格、动/变形网格以及滑动网格等。值得强调的是，FLUENT软件还拥有多种基于解的网格的自适应、动态自适应技术以及动网格与网格动态自适应相结合的技术；FLUENT软件包含三种算法：非耦合隐式算法、耦合显式算法、耦合隐式算法，是商用软件中最多的；FLUENT软件包含丰富而先进的物理模型，使得用户能