数值模拟三维U型管中的速度场.docx

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1、b武汉理工大学课程论文、大作业专用纸课程名称学院（系）得分备注：1.专业、班级、学号和姓名必须写在密封线内。专业班级计算机1202班学号0121210340209姓名马善嗣2.书写字迹清晰、卷面整洁，密封线内书写无效。课程名称：CFD软件应用姓名：马善嗣学号：0121210340209班级：计算机1202班学科专业：计算机科学与技术专业学院：计算机科学与技术学院年月日数值模拟三维U型管中的速度场1.概述流动有两种状态：层流和湍流。当流体处于层流状态时，流体的质点互不掺杂；当流体处于湍流状态时，流

2、层间的流体质点相互掺杂。湍流会使得流体介质之间相互交换动量，能量和物质，并且变化是小尺度高频率的，所以在实际工程计算中直接模拟湍流对计算机的要求会非常高。实际上，瞬时控制方程可能在时间上，空间上是均匀的，或者可以人为地改变尺度，这样修正后的方程就会耗费较少的计算机时间。但是，修正后的方程机会引入其他的变量，其需要用已知变量来确定，计算湍流时，Fluent会采用一些湍流模型，常用的有Spalart—Alimaras模型，K—e模型，K—ω模型等。一般来说，没有一个湍流模型对于所有的问题都通用。选择

3、模型时主要注意：流体是否可压，精度的要求，计算机的能力，计算时间的控制。为了更好地了解实际工作中遇到的流动问题，本文将以三维U型管为例，详细地介绍三维空间中空气的流动。2.题目如图的三维U型管道计算模型的几何尺寸，其中宽度a=100mm，高度b=100mm，弯曲部分的半径=200mm，平直部分的长度l=500mm，入口处的水流速度为3.0m/s，管内流体为空气，需求得水平截面上的速度云图及矢量图。1.操作步骤对于三维U型管道的速度场的数值模拟，首先利用ICEMCFD画出计算区域，并且对边界条件类

4、型进行相应的指定，然后导出Mesh文件。接着，将Mesh文件导入到Fluent求解器中，再经过一些设置就得到相应的Case文件，再利用Fluent求解器进行求解。3.1利用ICEMCFD建立计算区域和指定边界条件类型3.1.1创建几何模型（1）设定工作目录File→ChangeWorkingDir，选择文件存储路径。（2）创建point，如下图所示：（3）创建Curve，选择Geometry标签栏，单击创建Curve。（4）创建Surface，选择Geometry标签栏，单击进入创建Surfac

5、e的操作。（5）创建part。右击模型树Model→Parts，选择CreatePart。（6）修改几何模型。删除多余的点，线。（7）创建模型的拓扑结构。选择Geometry栏中的。（8）创建Body。选择Geometry标签栏，单击。3.1.2定义网格参数（1）定义全局网格参数。在标签栏中选择Mesh。单击进入定义网格全局参数的操作。（2）定义Part的网格尺寸。右击模型树Model→Parts，选择PartMeshStep。（3）保存几何模型。File→Geometry→SaveGeomet

6、ryAs，保存当前的几何模型为Pipe.tin。3.1.3生成网格（1）生成网格。选择标签栏中的Mesh，单击。（2）检查网格质量。选择EditMesh标签栏，单击由图可知网格质量都大于0.3，满足计算要求。3.1.4导出网格（1）File→Mesh→SaveMeshAs,保存当前的网格文件为Pipe.uns。（2）在标签栏中选择output，单击，选择FLUENT_V6作为求解器，单价Apply按钮确定。（3）在标签栏中选择output，单击保存文件，在弹出的对话框中单击No按钮不保存当前项目

7、文件，在随后弹出的对话框，单击保存。随后弹出的对话框中在Griddimension选择3D，输出网格，3.2U型管流动数值计算及后处理3.2.1定义网格（1）打开FLUENT，选择三维求解器。（2）File→Read→Case，生成网格。（3）Check，检查网格质量minimumvolume大于0.（4）定义网格单位，在GridWasCreateedIn下拉列表中选择mm，单击scale按钮。3.2.2定义求解模型（1）Define→Models→Slove，选择standardK-epsil

8、on湍流模型。（2）定义材料，Define→Materials，选择空气默认设置，单击change/create。3.2.3定义边界定义入口，VelocityMagnitude设置为0.1m/s。定义出口，在Tape栏中选择outflow，其余都保持默认。3.2.4初始化计算（1）定义收敛条件，Solve→Monitors→Residual,勾选Options栏的Plot，设置各个参数的收敛残差，单击ok。（2）初始化流场，在ComputeFrom栏中单击inlet，单击Initialize确定