fluent的一个实例(波浪管道的内部流动模拟).

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内 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：p =1kg/m3;

2、动力粘度： 流动温度：卩=0.0001kg/(m s);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=1xi05m/s3。所有湍流模型中均采用增强壁面处理操作过程：-、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) =8160-0 2-0 2Cf/2=0.0359Re =0.0359 X8160)=0.00592595 =比号=0.816 汇 0.0059259 = 0.0628+y =uty/vy=0.00159(2) 创建网格入口本例为波浪形管道，管道壁面为我们所感

3、兴趣的地方所以要局部细化。 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(3) 运用Flue nt进行计算本例涉及热传递耦合，所以在flue nt中启动能量方程，如图图4能量方程设定条件，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边界条件初始化,并计算。R&siduials continuity XVelocity y-velocity energy kS

4、c-elte4 Rtiduel5Jn 0FLUENT 6.3 (2d. pb图8残差残差中的e和k并没有减小，没有达到10-3一下，并且由于网格很大，计算 时间很长。I3.46e-0l2倜曲亦心佃血-2 016-01-3 376-014 74e-D1Hg.11a-01-7 畑 01-1 (Ka*D0-1 16e*D0-1 29fi*00-1 43e*00 1.57ig*00-1 ?0e*00-1 B4a*D0-1 905*00-2.110*00-2 25e*00-2 3*00ContcHTB of Total Pnsssure (pascal)Jan 07, 2012FLUENT 6 3 (2

5、d. pbmi tto)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。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。1.9024盹畑4 75*02 屯畑礎4 55&+024 4te+(K?4 36*+0?44闵遊4.07e+023.97e*02s.are-os3 7B&+023.6Sa0e3.58a*0fi3.3帥讹3.25fr+0e3d胁礎3.000+02Contaur& of Total Temperature (k)Jan 07. 2012FLUEN

6、T S3 (2d. pbs. ek)图11温度分布图管道后部流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, 体温度逐渐升高，在波峰与波谷之间的流体温度最高，如图。UOaOO1.53*00 1J5e+00 1.3600 1 2E&+M 1 1!te+001 Ilift+OG&.37e-GlB. 5-017.67e-O1B aie-015.96a-0l5.11e-0l1.?Ge-ai2.56&-011.710018&4a-Oe2.50a-04Jan 07. 2012FLUENT S3 (2d. pbs. ek)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

7、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。一 crest-w图13波峰、波谷V&l&city MagnitudeJan 07, 20112FLUENT 6.3 (2d. pbns.ske)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

8、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。= =兰一 三=_=二 二三三= - =-=-_ 一三一ii -=i_= = _= -=i-图15周期性网格.r.f.-m周期性波浪管道模型的数值模拟网格密度与完全管道网格相同。在flue nt中输入以下指令，创建周期性网格。/grid modify-z ones/grid/modify-z on es make-periodicPeriodic zone () inletShadow zone () outletRotati onal periodic? (if no, tran slati on al) yes

9、 noCreate periodic zon es? yes yesAuto detect tran slati on vector? yes yescomputed tran slation deltas: 1.000000 0.000000 all 100 faces matched for zones 6 and 5.zone 5 deletedcreated periodic zon es./grid/modify-z on es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。f

10、PericxJic ConditionsTypeFlow Direction存 Specify Mass FlowSpecify Pressure Gradienlx1Mass Flow Rate |kg/s|9,816lzPressure Gradient pascal/m|Helaxalion Factor|d.sUpstreaim Bulk Temperature |khlumber of Iteratians阿2引OK | Update I Cancel | Help图16边界条件Residusiiscontinuity jc-vetacity y-velocityle+oale-03

11、Scaled ResidualsJan 07,2012FLUMT6.$ (2d ftn* 知时图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。2 41*41 Z23tl|1 SMiI 4B* 011 IOa-OI帖切住 3他 4B-7-i-I Mh-QI- Kb-012 Zta-aiMMH-1 Ua411JBQqXII J Tl、4伽亦-ICanliHjn of Total PmuB ijpaualiFLUENTTa. 3l2d.pbrw skij图18压力图彳晦畑灯如02屮岭*fl?心世4.17b*i02 w*oe3険*強 生內小佢 工如竝

12、matted 3.5ta 磁 m&KJ?3 314MI BGfrOq1 jreii丁 qswh2 43311 95#-0l1 47*1glHQQ 1 W5JVflkrciTy Vactera C咼rvd By Vekreity Magn耐图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。温度分布不太正确图19波峰波谷速度图波峰贴近两侧壁面出的速度梯度很大，与完全模型相似，波峰在管道中间速度随高度增加先增加在减小，但是变化不大，其他分布趋势与完全模型相似。IerestpI匚*耳&Velocity MagnitudeJan 07, 2012FLUENT 6.3 (

13、2d. pbns.sto)图20周期模型与完全模型波峰速度图比较周期性模型，管道中速度基本相等，没有呈现完全模型的变化趋势。图21周期模型与完全模型波谷速度图比较两模型的波谷速度的变化趋势大致相同，在小于0.3m处，周期性模型速度大于完全模型，0.3m之后，周期性模型速度小于完全管道模型。三、 周期性波浪管道不同湍流模型的数值模拟应用周期模型,如图。Icrasfptrouah-DVelocityMagnitude fm/s)再选分别应用 RNG与Realizable湍流模型计算。实验数据Jm07, 2012FLUENT 8 3 (2d. pbcis. mgkA)图21 RNG模型波峰波谷速度图

14、图22 Realizable模型波峰波谷速度图将之前的数据放在一起进行比较。VelocityMagnitudeVeloc rty MagnrKideJan 07, 2012FLUENT 6.3 (2d.两事 rhk图23不同湍流模型波峰速度图trough-p trough-rea Irauah-fnaVelocityMagnitude(m剧Velocity MogrortudeJaR 07.3012FLUtWT .3 (2d, ptns. rrg帕)cresl-fng cresRea orisibo图24不同湍流模型波谷速度图从图中可以看出realizable和标准k-e模型波峰的速度分布大致

15、相同，RNG模型与完全模型更接近，变化更大。三种湍流模型波谷的速度分布与波峰分布特 点相似。四、整体模型壁面采用固定热流率的数值模拟重新选用整体模型，只需改变波浪面即 wall2的边界条件即可，改为热流率 1000w/m2，其他条件不变。图25不同湍流模型波谷速度图VelocityMagnitude(m/s)Velacrfy Magnitude-Jan 07. 2012FLUENT 6 3 (2d. pbm.图26固定壁面温度与固定热流率波峰速度图比较图27固定壁面温度与固定热流率波谷速度图比较从图中可以看出固定壁面温度与固定热流率波峰与波谷的速度分布还是比 较相似的，不同的是在0.6m处固定热流率波峰波谷速度比固定壁面温度的速度 稍高，在0.6m之后固定热流率波峰波谷速度比固定壁面温度的速度稍低，在接 近两壁面处基本相等。2倜曲射-2.010-01-3 3333114 75e-D1l却11X1寸畑01-ft B5e-0l-1 026*00-1 16e*D0-11 30e*00-