工学多圆柱扰流

1、一、题目.2二、物理现象分析和物理模型.2三、利用gambit建网格3四、利用fluent2D求解器进行求解.6五、网格独立性检验30六、总结46一、题目：多圆柱扰流1）计算对象结构及参数（二维）300300075u50075100100500图中长度单位：mm，圆柱直径50mm进口：1atm，20°C的水壁面温度：100°C，壁面材质：不锈钢steel出口用出流物性参数取默认值，不做改动2）具体计算要求（前面列出的要求，这里不在列举）：l 网格必须为四面体网格l 网格独立性检验l 选择合适的湍流模型l 对流项二阶迎风格式l 分析进口速度为1m/s、50m/s、100m/s

2、和200m/s时的流动、换热（在同一套选定的网格下，进行计算），进行比较。多圆柱扰流二、物理现象分析和数学模型1、对实际问题作必要的简化，建立起相应的物理模型本题为二维多圆柱扰流，欲用数值方法得出其中的流动情况时，可作以下简化处理：（1）水的物性为常数；（2），l=0.3m，v=1m/s,50m/s，100m/s,200m/s时，所以流动为湍流；（3）考虑换热；（4）不考虑重力；（5）入口压强位1atm，压强较低，所以视水为不可压缩流体。通过这些假设，就把这一问题简化成为一个二维，稳态，常物性，无内热源的湍流流动问题，这就是所研究问题的物理模型。2、对所研究的物理模型建立起相应的数学描述。连续

3、性方程：动量方程：初始条件：入口：v=1m/s 50m/s 100m/s 200m/sP=101325Pa 壁面：T=373.15K 材料为steel三、利用gambit建立网格：1、 启动gambit2、创建长方形长方形设置对话框 3、 画圆柱顶面圆面设置对话框 4、圆面的复制与平移 圆面的复制与平移对话框5、将长方形平面与圆面整合成一个平面长方形平面与圆面的整合对话框6、网格的设置 网格设置对话框 设置好的网格7、设置边界类型边界类型对话框四、利用fluent2D求解器进行求解 1、 启动fluent并设置2D求解器2、读入网格文件并检查网格a、读入网格文件b、检查网格 单击grid/ch

4、eck命令 c、检查网格数量。单击grid/info/size，可得网格数位97744.3、 确定单位长度mm单击grid/scale点击对话框中scale即可4、 显示网格。单击菜单栏中的Display/Grid可得下图对话框 点击对话框中Display，即可得网格图形网格显示图5、 选择计算模型a、选择基本求解器。单击Define/Models/Solver命令，弹出Solver对话框，在Time下选Unsteady，单击OK，关闭对话框b、选择其他计算模型。但击Define/Models/Viscous命令，弹出Viscous Model对话框，计算Re数，u1=1m/s时，；u2=50

5、m/s时，；u3=100m/s时，；u4=200m/s时，。均为湍流在Model选项中选kepsilon，弹出如下图对话框，保持默认设置，点击OK按钮关闭对话框。6、 启动能量方程。单击Define/Models/Energy弹出对话框，选中Energy Equation，点击OK按钮关闭对话框7、 设置操作环境。单击Define/Operating Conditions，弹出对话框，保持默认，单击OK关闭对话框。 操作环境设置对话框8、 定义流体的物理性质。单击Define/Meterials弹出Meterials对话框，本题流体为水，水的物理性质通过下列操作来进行。Meterials对话框

6、单击对话框中的Fluent Database按钮，弹出Fluent Database Meterials对话框，在Fluent Fluid Meterials下拉列表中选择Water liquid选项，单击Copy按钮，即可把水的物理性质从数据库中调出，单击Close按钮，关闭对话框。9、 设置边界条件。设定物质的物理条件后，要对边界条件进行设置。单击Define/Boundary Conditions命令，弹出Boundary Conditions对话框，对计算区域的边界进行具体化设置。a、 设置流体区域。在Zone列表框中选Fluid，在Type中单击Fluid，弹出Fluid对话框，在M

7、eterial Name下拉列表框中选中water liquid选项，点击OK按钮，即可把区域中的流体定义为水。Boundary Conditions对话框 Fluid对话框b、 设置入口的边界条件。在Zone中选择in，在Type中单击velocity-inlet，弹出velocity inlet对话框，在Velocity Magnitude 中输入1，在Temperature中输入293.15，其余保持不变，点击OK按钮，in边界条件设置完毕。 入口边界条件设置对话框c、 设置出口边界条件。在Zone中选择out，在Type中单击outflow，弹出outflow对话框，点击OK按钮，出口

8、边界条件设置完毕。d、 设置壁面边界条件。单击Define/Materials弹出Materials对话框，将Material Type下改为solid ，点击Fluent database，弹出Fluent Database Materials对话框，将Material Type下改为solid，在Fluent Solid Materials下拉菜单中选中Steel，点击Copy，再点close关闭对话框，点击Materials中Change/Creat按钮，再点close按钮关闭对话框。在Zone中选择wall1，在Type中单击wall，弹出wall对话框，在Thermal Condit

9、ions下菜单中选中Temperature，将Temperature后温度改成373.15 。在Material Name下拉菜单中点steel，再点击OK按钮关闭对话框，边界wall1设置完毕。边界wall2设置同wall1。Materials对话框Fluent Database Materials对话框壁面边界条件设置对话框10、 求解方法的设置及控制。边界条件设定好以后，即可设定连续性方承诺和能量方程的具体求解方式。a、 设置求解参数。单击菜单栏中的Solve/Controls/Solution命令，弹出Solution Controls对话框。接受系统默认设置，直接单击按钮。Solut

10、ion Controls对话框b、 初始化。单击菜单栏中的Solve/Initialize/ Initialize命令，弹出Solution Initialization对话框，在Compute From下拉列表框中选择in选项，然后依次单击Init，Apply和Close按钮。Solution Initialization对话框c、 设置监视器。单击菜单栏中的Solve/Monitors/Residual命令，弹出Residual Monitors对话框，勾选Option是选项组中的Plot复选框，从而在迭代计算时动态显示计算残差，其他项保持默认设置，点击OK按钮。d、 保存Case和Dat

11、a文件。单击菜单栏中的File/Write/Case&Data命令，保存前面所有的设置。11、 迭代。单击菜单栏中的Solve/Iterate/命令，弹出Iterate对话框。得带设置如图所示，单击Iterate按钮，FLUENT求解器开始求解，可以看单如下图的残插图。 Iterate对话框残差曲线图12、 后处理。a、 显示温度和速度等值线。迭代收敛后，单击菜单栏中的Display/Contours命令，弹出Contours对话框。单击Surface说列表上方的按钮，选中Contours of下拉菜单中的Temperature，单击Display按钮，即可显示温度等值线。在Conto

12、urs of下拉菜单中选中Velocity选项，单击Display选项按钮，即可显示速度等值线图。温度等值线图速度等值线图b、 显示速度矢量图。单击菜单栏中的Display/Vectors命令，弹出Vectors对话框，单击Surfaces列表上方的按钮，选中所有可以显示的部分，单击Display按钮，即可显示速度矢量图。 Vectors对话框速度矢量图以上是入口流速为u1=1m/s时的结果。u=50m/s 100m/s 200m/s 时，步骤同上只需在入口边界设置时将速度设置成相应的速度并重新初始化即可。网格数为97744，u=50m/s时：残差曲线图温度等值线图速度等值线图速度矢量图网格数

13、为97744，u=100m/s时：残差曲线图温度等值线图速度等值线图速度矢量图网格数为97744，u=200m/s时：残差曲线图温度等值线图速度等值线图速度矢量图五、网格独立性检验：网格数为57846，u=1m/s:残插曲线图温度等值线图速度等值线图速度矢量图网格数为57846，u=50m/s:残插曲线图温度等值线图速度等值线图速度矢量图网格数为57846，u=100m/s:残插曲线图温度等值线图速度等值线图速度矢量图网格数为57846，u=200m/s:残插曲线图温度等值线图速度等值线图速度矢量图网格数为8097，u=1m/s:残插曲线图温度等值线图速度等值线图速度矢量图网格数为8097，u=50m/s:残插曲线图温度等值线图速度等值线图速度矢量图网格数为8097，u=100