fluent的一个实例(波浪管道的内部流动模拟)..doc

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1、.基于FLUENT的波浪管道热传递耦合模拟CFD可以对热传递耦合的流体流动进行模拟。CFD模拟可以观察到管道部的流动行为和热传递，这样可以改进波浪壁面复杂通道几何形状中的热传递。目的：（1）创建由足够数量的完整波浪组成的波浪管道，提供充分发展条件；（2）应用周期性边界条件创建波浪通道的一部分；（3）研究不同湍流模型以及壁面函数对求解的影响；（4）采用固定表面温度以及固定表面热流量条件，确定雷诺数与热特性之间的关系。问题的描述：通道由重复部分构成，每一部分由顶部的直面和底部的正弦曲面构成，如图。图1管道模型空气的流动特性如下：质量流量：m=0.816kg/s;密度

2、:ρ=1kg/m3;动力粘度：μ=0.0001kg/(m·s);流动温度：Tb=300K；流体其他热特性选择默认项。流动初试条件：x方向的速度=0.816m/s；湍动能=1m2/s2;湍流耗散率=1×105m2/s3。所有湍流模型中均采用增强壁面处理。操作过程：一、完整波浪管道模型的数值模拟（1）计算Re=uH/v=0.816×1/(0.0001/1)=8160Cf/2=0.0359Re-0.2=0.0359×(8160)-0.2=0.0059259y+=uty/vy=0.00159Word资料.（1）创建网格本例为波浪形管道，管道壁面为我们所感兴趣的地方所以要

3、局部细化。入口和出口处的边界网格设置如图。图2边网格生成面网格图3管道网格（2）运用Fluent进行计算本例涉及热传递耦合，所以在fluent中启动能量方程，如图。图4能量方程Word资料.设定条件，湍流模型选择标准k-e模型，近壁面处理选择增强壁面处理。图5湍流模型设定材料，密度为1，动力粘度改为0.0001如图。图6材料设定Word资料.设定边界条件，入口速度为0.816，湍动能为1，湍流耗散率为100000。出口为自由出口，壁面温度为固定温度分别为300k，500k。图7边界条件Word资料.初始化，并计算。图8残差残差中的e和k并没有减小，没有达到10-

4、3一下，并且由于网格很大，计算时间很长。图9压力分布图随着流体流动，管道中压力分布趋于平稳，波浪管道中波谷的压力最低，在入口处的压力较高。Word资料.图10速度分布图从图中可以看出，在管道7-11个波浪处，流动已经充分发展，贴近上壁处速度最大，在波谷出的速度最小，甚至接近于零。Word资料.图11温度分布图贴近波浪壁面出的温度较高，流动充分发展后，由于换热作用，管道后部流体温度逐渐升高，在波峰与波谷之间的流体温度最高，如图。图12速度矢量图可以看出，波浪壁面出流体出现反流，在波谷出反流的流体最多，速度在波谷出最小，接近于0，出现滞留区。若要观察波峰、波谷处流体

5、流动速度，需要在波峰、波谷处创建两条直线，观察直线上的速度。因为管道7-11节处流动充分发展，所以在第十一节波峰、波谷处建立两条直线，如图。Word资料.图13波峰、波谷图14波峰、波谷的速度波峰贴近两侧壁面出的速度梯度很大，在管道中间速度随高度增加而增加，在0.7m左右达到最大。波谷处靠近上壁面的速度梯度很大，但是由于有波谷存在，波谷处的速度梯度不大，在谷中速度先增大再减小，在0处左右达到最下，随后逐渐增加，在0.7m高度左右速度最大。高度在0.5m处以上波峰波谷处的速度基本相等。Word资料.一、周期性波浪管道模型的数值模拟图15周期性网格网格密度与完全管道

6、网格相同。在fluent中输入以下指令，创建周期性网格。/grid>modify-zones/grid/modify-zones>make-periodicPeriodiczone[()]inletShadowzone[()]outletRotationalperiodic?(ifno,translational)[yes]noCreateperiodiczones?[yes]yesAutodetecttranslationvector?[yes]yescomputedtranslationdeltas:1.0000000.000000all100facesma

7、tchedforzones6and5.zone5deletedcreatedperiodiczones./grid/modify-zones>边界条件中可以看到已经没有outlet，inlet也变成了periodic周期性的。这里要设置周期性边界条件。质量流量为0.816，其他设置与之前相同。Word资料.图16边界条件图17残差Energy并不收敛，反而随计算而发散。其他参数都收敛。计算量很小，计算速度明显提高。图18压力图Word资料.图18压力图速度图温度图速度矢量图管道中间压力最大并比较均匀，在波浪波谷出压力最低。温度分布不太正确。Word资料.图19波

8、峰波谷速度图波峰贴近两侧