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2017-04-08 by:CAE仿真在线 来源:互联网
问题:
一个冷、热水混合器的内部流动与热量交换的问题。温度为T=350K自上部的热水小管嘴流入,与自下部右侧小管嘴流入的温度为290K的冷水在混合器内进行热量与动量的交换后,自下部左侧的小管嘴流出。混合器结构如图1所示。
1 利用GAMBIT建立混合器计算模型
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利用坐标网格创建节点;
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在两个节点之间创建直线;
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利用圆心和端点创建一段圆弧;
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由边创建面;
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对各条边定义网格节点的分布;
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在面上创建网格;
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定义边界类型;
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为FLUENT5/6输出网格文件。
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2 利用FLUENT 5/6 求解器进行求解
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读入网格文件;
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确定长度单位为cm;
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确定流体材料及其物理属性;
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确定边界条件;
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计算初始化并设置监视器;
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使用分离式、隐式求解器求解;
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利用图形显示方法察看流场与温度场;
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使用能量方程的二阶差分格式重新计算,改善温度场的计算;
1、利用GAMBIT建立混合器几何模型,如图2。
图2 混合器几何模型
2、混合器几何边线网格划分,如图3。
3、混合器内部网格划分,如图4。
图3 混合器边线网格
图4 混合器内部网格
4、设置边界类型,如图5。
5、确定求解器为FLUENT 5/6。
6、输出网格并保存,如图6。
图5 边界类型设置对话框 图6 输出网格对话框
启动FLUENT的2D求解器。
1、网格相关操作
1)读入网格文件,并检查,如图7、8。
图8 网格检查信息反馈
图7 读入网格文件信息反馈
2)确定长度单位为cm,如图9。
图9 长度设置对话框
3)显示网格,如图10。
图10 混和器网格图
2、建立求解模型
1)采用分离式求解器、隐式算法、2D空间、定常流动、绝对速度,其余默认。
2)设置k-epsilon湍流模型,保持默认,如图11。
3)激活能量方程。
3、设置流体的物理属性
创建water新流体,并设置其物理属性,如图12。
图11 k-epsilon湍流模型设置
图12 流体材料物理属性对话框
4、设置边界条件
1)设置流体,选择上一步已定义的water。
2)设置入口速度边界条件,如图13。
图13 inlet1速度边界设置对话框
Inlet2入口温度为350K,其余与inlet1相同。
2)设置出流口边界条件,只需制定outflow边界性质即可。
对于壁面,保持默认,不作更改。
4、求解
1)流场初始化,如图14。
图14 流场初始化对话框
2)设置监视器窗口,监测特殊截面上物理量的变化,如图15、16。
图15 表面监视器设置
图16 表面监视器定义
3)开始进行300次迭代计算。
出口截面上的平均温度与平均速度监视器窗口的曲线如图17。由监测曲线可以看出,迭代140次后,出口截面上的平均温度已经达到稳定状态了。
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图17 出口平均温度变化曲线 |
5、显示计算结果
图18 速度分布图
图19 温度分布图
图20 速度矢量图
图21 混合器内的等压线图
图22 出流口截面上的温度分布图
6、使用二阶离散化方法重新计算
以上的求解使用的是一阶离散化方法。一般来说,其计算结果收敛性不理想,数据会上下波动。为改善求解精度,往往将能量方程改为二阶离散化方法重新计算。
1)设置能量方程的二阶离散,降低松弛系数,如图23。
图23 求解器设置对话框
2)继续进行200次迭代计算。
3)温度分布,如图24。
图24 温度分布图
将此图与前面的温度分布图比较,可以看出温度分布得到较好的改善。
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