cfd在工程中的一些应用

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1、华中科技大学硕士学位论文1绪论1.1引言从牛顿奠定经典力学基础，伽利略开创实验研究以来，自然科学在理论和实验两方面得到了充分发展。同样在流体力学方面，N—S方程的提出、Prandtl边界层概念的提出、湍流模型的不断完善使得流体力学在理论层面上基本上可以解决大多数问题，但是在解决实际应用问题的时候却困难重重。级数的展开相当繁琐，更重要的是在理论上，很多近似解在任何已知的极限过程中无法成为精确解。随着研究的不断深入和面临问题的更加复杂化，在应用流体力学领域理论研究首先受到限制，在相当长的一段时间内，实验方法毫无疑义的充当了解决流体力学方面的实

2、际问题[1]的重要手段，然而伴随着这一手段的却是大量财力、物力和时间的消耗。计算流体力学(CFD)出现于1931年。它在出现后的50多年时间里，主要致力于解决计算流体力学中的一些基本的理论问题，如模型方程、数值方法、网格划分、程序编写与实现等，并就数值结果与大量传统的流体力学实验结果及精确解进行比较，以确定数值预测方法的可靠性、精确性及影响规律，但仅仅是专家的工具，适应性有限。80年代，随着数值预测、原理、方法的不断完善，关键的问题是如何得到工业界的认可，如何在工业设计中得到应用，因此，主要研究内容是探讨CFD在解决实际工程问题中的可行性

3、、可靠性及工业化推广应用。计算流体力学应用于实际工程问题的客观条件使得具商业化的CFD软件的出现，一些经济实力雄厚的实体也见到了CFD应用软件的巨大商机，纷纷介入，如美国的FLUENT、ANSYS及英国的AEA等，随着计算机图形学、计算机微机技术的快速进步，CFD的前后处理软件得到了迅速发展，如ICEM/CFD、GAMBIT、Tecplot等，最终使计算流体力学逐渐成为一个能真正满足实际工程需要的易学易用的分析工具。其成熟的一个重要标志是近二十几年来各种商业CFD软件包陆续出现，美国AIAA1998年6月发布“GuideforVerifi

4、cationandValidationofCFDSimulations,AIAAG-077-1998”同时1华中科技大学硕士学位论文AIAAJ.又出版了“CredibleCFDSimulations”，标志着商业CFD软件得到设计部门[2,3,4,5]的认可。CFD数值模拟相对于实验研究，具有成本低、速度快、资料完备、可以模拟真实及理想条件等优点。近些年来，作为研究流体流动的新方法，CFD在工程领域得到了越来越广泛地应用。计算流体力学(CFD)有了长足的发展，这一方面归功于大[6,7,8]量科研人员的不懈努力，另一方面是工业本身的巨大需求

5、。1.2本文研究的主要内容本文主要内容包括以下几个部分：首先，在第二章简单介绍本文用到的Fluent功能模型。本文用到的Fluent功能模型包括多孔介质边界条件、风扇边界条件、散热器边界条件和非牛顿流体幂律模型，主要介绍这些模型的原理和在软件中的设置方法。三、四、五章是CFD在工程中应用的三个项目，分别为：申菱ZK240型中央空调机箱气流特性的CFD分析；LGJ400/50导线体型系数和四分裂跳线风偏数值计算分析；细胞平行板装置的设计和切应力分析。在第三章中，对申菱ZK240型中央空调机箱气流特性进行CFD分析。首先介绍了研究背景、目的、

6、意义，国内外研究现状和本章的主要内容；接着对空调机箱的重要部件表冷器的绕气流压力特性进行了数值模拟，得到表冷器在不同空气流量下的压降，进而得到具有相同压降的多孔介质区域的参数，用来在中央空调机箱气流特性中代替表冷器的模拟；对机箱原始模型的气流特性进行CFD分析；接着以整体压降最小为目标函数，对机箱各功能段的位置进行了优化，得到优化后的机箱模型；对优化机箱模型的气流特性进行CFD分析，和原始模型的压降进行比较，优化的效果明显，压降降低14%；模拟了优化机箱模型在工作情况下的速度矢量图、压强和温度分布云图，需采用的风机组件的功率特性给出了指导

7、性的建议，为相关的技术人员提供参考。第四章是：LGJ400/50导线体型系数和四分裂跳线风偏数值计算分析。首先介2华中科技大学硕士学位论文绍了研究背景、意义，国内外研究现状和本章的主要内容；接着就是LGJ400/50导线体型系数的数值模拟，计算了三种情况的体型系数：LGJ400/50导线、LGJ400/50覆冰导线、LGJ400/50四分裂导线，和现有的体型系数标准做了比较，对现有标准进行了补充说明；再就是LGJ400/50四分裂跳线风偏模拟，计算了四种工况：LGJ400/50四分裂导线、LGJ400/50四分裂覆冰导线分别在风速20m/

8、s、30m/s下的风偏，对其比较分析，得到一些结论。第五章是：细胞培养液平行板装置的设计和切应力分析。实现介绍了研究背景、研究意义、研究现状和本章的主要内容；根据一些要求和条件确定了计算模型和