流体与传热数值计算大作业

VUI问题描述：一个冷、热水混合器的内部流动与热量交换问题。温度为T=350k的热水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的冷水在混合器内部混合进行热量与动量交换后，自下部左侧小管嘴流出。混合器结构如下图1-1所示。输入条件：JHKG20CMEDF3CMQPTS混合后冷水入口出口热水温度T=350K,热水入口速度v=10m/s;rr冷水温度T=290K,冷水入口速度v=10m/s;l图换热器简图l2.利用打开gambit，选择fluent5/6求解器，首先在工作区建立20*20的网格，再根据模型的几何尺寸要求，确定出不同类型边界的交点及圆弧中心点。再由节点逐步建立出混合器的壁面及各个小管嘴，最终建成各个面，从而生成换热器的几何模型。CD,FG,GH,KL,在“intervalcount”中填入15，将各条边分成15份。同样操作，其它边分成5分。完成上述工作后，可查看网格划分情况，如图所示：图2-1换热器网格图如图所示，这个换热器的边界主要就是入口边界与出口边界需要设置，入口边界有冷水入口ST与热水入口UV，出口边界只有冷热水混合后出流口PQ，因此打开”ZONES”中“SpecifyBoundaryType”对话框，在“Action”项选选择“velcocityinlet”类型，最后选取边界线ST，点击Apply,这样就设置了ST的边界类型，类似的操作，可设置边界UV和PQ的边界类所示：图边界类型设置对话框File/Export/MeshExport2DMesh输出文件，该文件可直接有Fluent读入。1）以二维单精度方式启动Fluent，读入网格文件，这样就完成了网格文件的输入操作。2）选择Grid中Check,对网格进行检查，网格检查列出了x,y的最小值和最大值，也报告出了网格的其它特性，如单元的最大体积，最小体积，最大面积将无法进行计算。3）平滑网格。对网格进行平滑操作，可进一步确保网格质量。FluentGambit下构建网格时使用的是Grid中的Scale中将网格的长度单位改为cm。选择非耦合（Segragated）求解法，并使用隐式算法（Implicit）,空间属择k-ξ湍流模型。k-ξ双方程模型适合绝大多数的工程湍流模型，其中k为湍动能，定义为速度波动的变化量，其单位是m/s。ξ为湍动能耗散，即指速度22波动耗散的速度，其单位是单位时间的湍动能，m/s。32其控制方程如下：连续方程：•U0t动量方程：TU•UU•U•p'•UBteffeff湍动能方程：kkp••ttkk湍动能耗散方程：•U•CPCttk21k并选择能量方程：连续方程：动量方程：•UStim其中定解条件：将边界条件（两个入口温度与流速）在fluent中设置好了以后，对流场进后进行迭代计算，如果迭代收敛，则表明定解，如果发散，则没有定解。1）创建新流体，取名为water。并在属性栏内输入流体的各项物理参数：Conductivity（导热系Change/Create，在弹出的对话框中选No，这就使名为water的流体添加到材料选择列表中。2）设置边界条件。1、设置流体。打开“Boundary择流体（fluid）,设置（set）,并在MaterialName下拉列表中选择water.2、设置冷（热）水入口边界条件。在zone栏中选择inlet1，点击设置，在VelocitySpecificationMagnitudeNormaltoVelocityMagnitude（入口速度）输入10，在湍流定义方法中选择强度与水力直径，湍流强度一栏中走入5，水力直径中填入2。用同样的方法设置热水入口边界条件。3、为出流口设置边界条件。在zone栏内选择outlet，再点击Set，打开Outflow对话框，保持默认值，确认。对于壁面，也选择默认值。1）流场初始化。从Solver中打开SolutionInitiation，在Computefrom列表中选择inlet2，即从入口2开始计算，则表中数据与边界inlet2相同。鉴到迭代计算的收敛速度。点击int，关闭对话框。2）设置监视器窗口，监测特殊截面上物理量的变化。在出口处，所关心的是温度、速度是否达到稳定值，为此，可以设置监视器，对所关心的截面和物理量进行监测。这里，所关心的截面是出口outlet，所以在surface项选择监测表面为outlet；Reportof中选择温度。3）设置求解控制参数。由于求解器中默认的是一阶离散化方法，而在流体计算中要求解非线性方程，为改善求解精度，应将能量方程改成二阶迎风格式，SIMPLE由1改为，其余保持不变。4）迭代计算。迭代次数设为300次。单击Iterate按钮，进行迭代计算计算结果如图所示，达到规定的收敛精度，完成数值计算。图出口平均温度变化曲线200已经基本达到稳定状态了。5）显示计算结果：在Fluent器内的等压线图；图速度分布图图速度矢量图图温度分布图图温度等值线图图换热器内等压线图来改善网格。在改动网格之前，应该先确定温度梯度的范围，一旦得到改进，即可继续计算。1）绘制用于改进网格的温度梯度图。在Contoursof下拉列表中选择Adaption和AdaptionFunction；在Options下不选NodeValues，点击Display，即可得到温度梯度图如图所示。2）Options下不选AutoRange，由此以改变最小温度梯度值。再将最小变量由1改为，点击Display，得到图，有颜色的网格就是高梯度范围，应予以改进。3）对高温度梯度内的网格进行改进。打开GradientAdaption，在Gradientof下拉列表中选择Temperature，不选择Coarsen，仅执行网格修改功能；点击Compute,将修正最大及最小值；并在RefineThresholdMark,再点击Adapt,并确认，从而就可以得到改进后的网格。如图所示。图换热器内的温度梯度图温度梯度较高的单元图改进后的网格图4）继续进行300次迭代计算，计算结果如图所示