維冷、熱混合器的流動與傳熱特性分析

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1、計算流體力學(xué)二維冷、熱混合器的傳熱及流動特性班級：碩動力143班學(xué)號：2142214047姓名：孫苗青華北電力大學(xué)摘要在工程和生活中，冷、熱混合器內(nèi)的流動是最常見也是最簡單的一種流動。本文用Fluent軟件來模擬研究二維冷、熱混合器內(nèi)的傳熱及流動特性，主要對速度分布、溫度分布以及出流口截面上的溫度、壓力及速度分布情況作出分析。首先在Gambit里建立物理模型，建立二維冷、熱混合器的物理模型，并劃分四叉樹、三角化和混合型三套網(wǎng)格。選用能量守恒方程，分別對三套網(wǎng)格下，冷、熱混合器內(nèi)部流體進行模擬分析，并在FLUENT軟件中以直觀的方式表示出了在K-epsilon湍流模型下，三套不同網(wǎng)格在混合器內(nèi)

2、的流動狀況以及在四叉樹網(wǎng)格下，設(shè)置Spalart-Allmaras湍流模型下表示出混合器內(nèi)的流動情況。分析討論并比較所得到的數(shù)值模擬結(jié)果的準(zhǔn)確性。關(guān)鍵詞：FLUENT；冷、熱混合器；數(shù)值模擬II華北電力大學(xué)目錄1緒論11.1課題提出的意義11.2直接數(shù)值模擬方法簡介11.3主要研究內(nèi)容12直接數(shù)值模擬方法22.1FLUENT簡介22.2FILENT計算過程32.2.1建立數(shù)學(xué)物理模型32.2.2數(shù)值模擬階段32.2.3后處理階段32.3控制方程42.3.1物理模型42.3.2湍流流動的數(shù)值模擬43在GAMBIT中建立模型54在FLUENT中求解計算64.1FLUEMT的參數(shù)設(shè)置64.2混合器

3、的計算結(jié)果及分析74.2.1分析三種網(wǎng)格的計算結(jié)果74.2.2分析兩種湍流模型的計算結(jié)果115總結(jié)與展望155.1總結(jié)155.2展望156致謝167參考文獻17II華北電力大學(xué)1緒論1.1課題提出的意義對水流進行數(shù)值模擬的一個有效的工具是fluent將其應(yīng)用于計算流體動力學(xué)進行數(shù)值模擬，可以方便地計算出各項水流參數(shù)的全場分布，具有計算快速，簡捷，數(shù)值精度較高等優(yōu)點。本課題研究用Gambit軟件來進行模型的設(shè)置，F(xiàn)LUENT軟件來進行數(shù)值模擬仿真研究冷、熱水混合器的流動，在此基礎(chǔ)上分析二維冷、熱水混合器的流動和傳熱特性，得出混合器內(nèi)流動的流速分布和壓強分布。比較不同網(wǎng)格下混合器的流動特性以及不

4、同湍流模型下混合器的流動特性。1.2直接數(shù)值模擬方法簡介對于湍流的直接數(shù)值模擬，數(shù)值方法主要有有限單元法，有限體積法，高階有限差分法和譜方法等。直接數(shù)值模擬有很多的優(yōu)點，但是，它并不是完美無缺的。直接數(shù)值模擬的最大的缺點就是計算量大。因此，受目前計算機發(fā)展水平的限制，直接數(shù)值模擬還只能用于低雷諾數(shù)流動的計算。由于實際工程問題所涉及的雷諾數(shù)都相當(dāng)高，因此直接數(shù)值模擬還很難運用到工程計算中。但在湍流的理論研究中，直接數(shù)值模擬還是一個很有效的工具。1.3主要研究內(nèi)容本文研究用CFD軟件之FLUENT軟件來數(shù)值模擬仿真研究二維冷、熱混合器內(nèi)的流動特性，得出混合器內(nèi)流動的流速分布和壓強分布等，在此基礎(chǔ)

5、上分析比較不同網(wǎng)格和不同湍流模型下的二維混合器內(nèi)流動特性。Fluent是流體力學(xué)中通用性較強的商業(yè)CFD軟件。Fluent軟件可對定常不可壓縮流體在冷、熱水混合器內(nèi)的流動進行數(shù)值模擬本文利用直接數(shù)值模擬的方法，計算出了二維混合器內(nèi)的速度與壓力場。利用直接數(shù)值模擬得到的結(jié)果，我們研究了混合器內(nèi)設(shè)置不同網(wǎng)格和不同湍流模型下的一些統(tǒng)計性質(zhì)，進行比較，驗證我們的數(shù)值模擬結(jié)果的正確性。18華北電力大學(xué)2直接數(shù)值模擬方法2.1FLUENT簡介FLUENT是目前國際上比較流行的商用CFD軟件包，在美國的市場占有率為60%，凡是和流體、熱傳遞和化學(xué)反應(yīng)等有關(guān)的工業(yè)均可使用。它具有豐富的物理模型、先進的數(shù)值方

6、法和強大的前后處理功能，在航空航天、汽車設(shè)計、石油天然氣和渦輪機設(shè)計等方面都有著廣泛的應(yīng)用。CFD商業(yè)軟件FLUENT，是通用CFD軟件包，用來模擬從不可壓縮到高度可壓縮范圍內(nèi)的復(fù)雜流動。由于采用了多種求解方法和多重網(wǎng)格加速收斂技術(shù)，因而FLUENT能達到最佳的收斂速度和求解精度。靈活的非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格和基于解的自適應(yīng)網(wǎng)格技術(shù)及成熟的物理模型，使FLUENT在轉(zhuǎn)換與湍流、傳熱與相變、化學(xué)反應(yīng)與燃燒、多相流、旋轉(zhuǎn)機械、動/變形網(wǎng)格、噪聲、材料加工、燃料電池等方面有廣泛應(yīng)用。FLUENT軟件具有以下特點：FLUENT軟件采用基于完全非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格的有限體積法，而且具有基于網(wǎng)格節(jié)點和網(wǎng)格單元的梯度算法；

7、定常/非定常流動模擬，而且新增快速非定常模擬功能；FLUENT軟件具有強大的網(wǎng)格支持能力，支持界面不連續(xù)的網(wǎng)格、混合網(wǎng)格、動/變形網(wǎng)格以及滑動網(wǎng)格等。值得強調(diào)的是，F(xiàn)LUENT軟件還擁有多種基于解的網(wǎng)格的自適應(yīng)、動態(tài)自適應(yīng)技術(shù)以及動網(wǎng)格與網(wǎng)格動態(tài)自適應(yīng)相結(jié)合的技術(shù)；FLUENT軟件包含三種算法：非耦合隱式算法、耦合顯式算法、耦合隱式算法，是商用軟件中最多的；FLUENT軟件包含豐富而先進的物理模型，使得用戶能