计算流体力学应用与实践_三通CFX算例分析

1、计算流体力学应用与实践三通管道算例分析1. 模型建立使用三维建模软件UG9.0生成一个“T”型三通，其中三通的各个圆形管口半径均为5mm，三通三条管道的汇合点到各个管口之间的长度均为250mm。三维软件中模型的作图历史与最终建模的结果如下图1。最后在UG9.0中把此模型另存为parasolid类型的文件，后缀为x_t，随后导入到ICEM软件中进行网格划分。图1 三通模型示意图2. 网格划分使用ICEM软件进行三通模型的划分网格，首先导入生成好的parasolid文件至ICEM中。然后修复三维模型，并创建Body实体。然后添加Part部分，主要有IN、OUT1和OUT2，其中流体流入的面IN与流

2、体流出的面OUT1、OUT2所对应的具体位置如图2所示。图2 三通液流流向示意图随后继续使用ICEM软件生成四面体网格。其中生成网格的全局尺寸（Global Element Seed Size）设定为2.0。生成全局网格后，再进行光滑滑网格，得到的网格质量如图3所示，从图中可以，所有网格质量均大于0.3，满足求解器的收敛要求。图3 网格质量检查结果在此基础上再生成菱形附面层网格。最后的网格生成结果如图4、图5所示： 图4 管口处的附面层网格 图5 管道中的单层网格最终网格总数量为42661个。3. 前处理以及求解 在CFX-Pre中设置流场参数设置，设置流体为水，热传导项选择热能（Therma

3、l Energy）。在本算例中，设置三通入口流体的速度为10m/s，入口温度为50，出口1、出口2压力为0Pa。经过简单探索，最终求解控制设置为：最大迭代步数为1000步，或者残差低于1*E-4时停止计算。由于网格尺寸比较小，网格数量比较多，计算过程收敛得很快。最后求解残差收敛情况如图6所示。图6 三通计算计算结果残差曲线图由于前文中网格尺寸设置较小，网格数总体比较多，继续计算得到的残差结果可以继续缩小。但就本文而言，残差低于0.0001已足够，故保存结果进行后处理，不再往下计算。4. 后处理结果 图7三通分流处速度流线图图8 三通分流处速度云图来流速度为10m/s，中央的液流与管道内的壁面正

4、面碰撞形成一滞止区域，四周液流绕过这一滞止区域的外围向其余两管流走。流出的管道的初始速度分布极不均匀。从图8可知，流出管道一侧流体速度约为2.8m/s左右，而另一侧速度快速衰减到7m/s左右。流出管道中的流场经充分发展后，在出口处流场的速度分布变得均匀，速度为5m/s左右。压力云图如下图9所示：图9 三通分流处压力云图从图9可知，三通在正对来流处的壁面承受的最大压力可达到53kPa，这个区域正正也是上文分析提到的速度滞止区域。在这种情况下，管材可能由于承受巨大的而压力而失效。为避免这种情况发生，首先可以减小来流速度，整体上降低滞止区域的压强。其次，可以把三通做成“Y”型，减少因流动受阻所造成的速度损耗。5. 小结三通可以实现液流的分流和汇合。本文以三通为例，使用三维软件UG建立了一个T型三通的模型，基于数值模拟软件CFX简单计算了液流在三通内实现流体分流的流场数据，并作出简要分析。通过此次