FLUENT系列资料5.docx

1、FLUENT系列资料5蒸汽喷射器内的传热模拟问题描述：该问题为一个蒸汽喷射器的内部流动和热量交换问题。左侧进入的工作蒸汽12245Pa，下侧进入的引射流体压力为1360.5Pa，右侧出口的压力为6802.5Pa。该问题中所说的压力皆为相对压力，蒸汽皆为饱和水蒸汽。喷射器的结构如图1所示。 图1 喷射器结构图 在本例中将利用FLUENT-2D的非耦合、隐式求解器，针对在喷射器内的定常流动进行求解。在求解过程忠，还会利用FLUENT的网格优化功能对网格进行优化，使所得到的解更加可信。本例涉及到：一、 利用GAMBIT建立喷射器计算模型（1） 在CAD中画出喷射器的图形（2） 将CAD图形输出为*.

2、sat的文件格式（3）用GAMBIT读入上面输出的*.sat文件（4） 对各条边定义网格节点的分布，在面上创建网格 （5） 定义边界内型（6） 为FLUENT5/6输出网格文件二、利用FLUENT-2D求解器进行求解（1） 读入网格文件（2） 确定长度单位：MM（3） 确定流体材料及其物理属性（4） 确定边界类型（5） 计算初始化并设置监视器（6） 使用非耦合、隐式求解器求解（7） 利用图形显示方法观察流场与温度场一、 前处理用CAD画出喷射器结构图并导入GAMBIT中在CAD中按所给的尺寸画出喷射器的结构图，画完后输出为pensheqi.sat的文件（如图2所示）。CAD中的操作：文件输出.

3、 点击保存到你想保存到的文件夹中图2 输出数据对话框启动GAMBIT ，建立一个新的GAMBIT文件。操作：FileNEW此时出现的窗口如图3所示。在ID右侧的文本框内填入：f:文件夹名pensheqi点击Accept后，即建立了一个新的文件。 图3 新文件对话框 图4 导入CAD图形对话框第1步：确定求解器选择用于进行CFD计算的求解器。操作：SolverFLUENT5/6第2步：导入喷射器的结构图操作：FileImportACIS点击Browse找到刚才从CAD中输出的pensheqi.sat文件，选中后点击Accept即可导入所需的图形。（需再CAD中将所画的图形创建成面域，否则无法读入

4、）第3步：确定边界线的内部节点分布并创建结构化网络1、创建各条边上的节点分布操作：MESHEDGE打开的“MESH Edges”对话框如图5所示。 图5 边线网格节点设置对话框（1） 点击Edges右侧的黄色区域，使其处于活动状态；（2） Shift+鼠标左键，点击所需划分的边线；（3） 选择Interval size，并保持默认值1；（4） 在喷射器的渐缩渐扩边线上按照“疏密疏”划分节点，选中对话框中的Double Sided，并在下面的Ratio中填入，0.951.05的值，以保证节点分布是符合“疏密疏”的；（5） 点击Apply，生成各条边上的节点分布。注意：在导入CAD图形时，要将分界

5、线以及里面的小渐缩渐扩管的右侧的边线去掉，否则，生成面网格时会出现错误；同时也应注意相对应的边上所划分的节点数应该是相等的，否则无法建立网格。第4步：查看网格划分情况操作：MESHFACEMESH FACE 打开“MESH FACES”对话框如图6所示。（1） 点击Face右侧的黄色区域；（2） Shift+鼠标左键点击所需划分网格的面；（3） 其他设置不变，点击Apply。该例中生成的是四边形网格，故可保持对话框中的默认数值不变。则生成的喷射器网格如图7所示。 图6 面网格设置对话框图7 喷射器网格图第5步： 设置边界类型1 关闭网格显示（1）在打开的“Specify Display Att

6、ributes”对话框（图8）中，在Mesh项选择Off。（2）点击Apply，点击Close关闭对话框。 图8 显示属性设置对话框 图9 边界类型设置对话框2设置边界类型操作：ZONESSPECIFY BOUNDARY TYPES打开的“Specify Boundary Types”对话框如图9所示。(1)设置喷管主体左侧的入口截面为速度边界 a)在Action项选择Add b)在Name右侧的文本框中填入边界的名称:inlet1c)在Type下拉列表中选择PRESSURE_INLET d)点击Entity栏Edges右侧黄色区域e)Shift+鼠标左键，点击边界线f)点击Apply（2）设

7、置喷管左下侧的入口截面为速度边界 a)在Name右侧的文本框中填入边界的名称:inlet2 b)点击Entity栏Edges右侧黄色区域c)Shift+鼠标左键，点击边界线d)点击Apply(3) 创建出流边界（喷管右侧出口截面）a)在Name右侧的文本框中填入边界的名称outletb)在Type下拉列表中选择PRESSURE_OUTLET; c)点击Entity栏Edges右侧黄色区域d)Shift+鼠标左键，点击边界线e)点击Apply第6步： 输出网格并保存会话1 输出网格操作：FileExportMesh图10 输出网格文件对话框（1） 在对话框输入要输出的文件夹和文件名（如f:gam

8、bitpensheqi.msh）（2） 选中Export 2d Mesh （3） 点击Accept确认，完成了网格文件的输出操作。2 保存会话GAMBT，并退出GAMBT操作：FileExit在退出之前，GAMBIT将问你是否保存现有的会话，点击Yes，保存会话并退出GAMBT。二利用FLUENT进行混合器内流动与传热的仿真计算 第1步：与网格相关的操作1 读入网格文件：pensheqi.mesh操作：FileReadCase打开“Select File”对话框如图11所示。图11 文件选择对话框（1） 找到网格文件f：gambitpensheqi.msh；（2） 点击OK，完成输入网格文件的

9、操作读入网格文件的同时，会在信息反馈窗口内显示如下信息：其中包括节点数8338等，最后的Done表示读入网格成功。图12 读入网格文件的信息反馈2 网格检查操作：GridCheck反馈窗口显示如下信息：图13 网格检查信息反馈3 平滑和交换的网格操作：GridSmooth/Swap（对话框如图14所示）（1）点击Smooth/Swap Grid按钮，在点击Swap，重复上述操作，直到FLUENT报告没有需要交换的面为止。（如图15所示） （2）点击Close按钮关闭对话框。 图14 平滑与交换网格对话框 图15 信息反馈4 确定长度的单位操作：GridScale 打开“Scale Grid”对

10、话框如图16所示。图16 长度单位设置对话框（1） 在单位转换栏（Units Conversion）中的（Grid Was Created In）网格长度单位右侧下拉列表中选择mm （2） 点击Change Length Units，此时，在Domain Extents栏中给出区域范围和度量单位。（3） 点击Scale（4） 点击Close关闭对话框5 显示网格操作：DisplayGrid 打开“Grid Display”对话框如图17所示。（1）在Surfaces项中选择所有的表面。（2）点击Display按纽，则显示的网格如图18所示图17 显示网格对话框图18 喷射器网格图第2步：建立求

11、解模型1保持Solver求解器）默认设置不变化。操作：DefineModelsSolver. （如图19所示） 图19 求解器设置对话框 图20 湍流模型选择对话框2设置标准的湍流模型操作：DefineModelsViscous.打开Viscous Model对话框如图20所示。（1）选择k-epsilon，则打开“ Viscous Model”设置对话框如图21所示；（2）保留默认的值图21 湍流模型设置对话框3选择能量的方程操作：DefineModelsEnergy.打开Energy对话框如图2-1-22所示 （1）点击Energy Equation右侧按纽；（2）点击OK 图22 能量方

12、程设置对话框第3步：设置流体的物理属性1、创建新流体，取名为Vapor操作：DefineMaterials. 打开Materials对话框 （1）点击Database，在Fluid Materials 中选择Water-Vapor，点击Copy、Close；（2）在Materials对话框中的Fluid Materials下选择Water-Vapor，保持默认值不变；（如图23所示）（3）点击Change/Create （4）在弹出的对话框内，点击NO，2点击Close关闭流体属性设置对话框图23 流体材料设置对话框第4步：设置边界条件操作：Define Boundary Conditions

13、 打开“Boundary Conditions”对话框如图24所示。 图24 边界选择对话框 图25 流体材料选择对话框1. 设置流体(1) 在Zone栏内选择fluid; 其类型在右边Type栏内为fluid;(2) 点击Set打开“Fluid”设置对话框如图25所示;(3) 在Material Name下拉列表中选择water-vapor;(4) 点击OK, 关闭材料选择对话框.2. 设置蒸汽入口压力边界条件(1) 在Zone栏内选择inlet1, 则在右边Type 栏内显示其类型Pressure_inlet. 点击Set , 则打开速度边界设置对话框.(2) 在速度边界对话框中所需输入的

14、数据如图26所示。(3) 点击OK 关闭inlet1设置对话框.图26 速度边界设置对话框3. 用同样的方法对inlet2进行设置Supersonic/Initial Gauss Pressure: 2680m/s； Total Temperature: 373.5K；Turb.Kinetic Energy：2；其他与inlet1相同.4. 为出流口设置边界条件在Zone栏内点击outlet, 再点击Set, 打开“Pressure Outlet” 对话框,所需输入的数据如图27所示图27 出口边界条件设置对话框第5步：求解1. 流场初始化操作：Solver Initialize Initia

15、lize 打开“Solution Initialization”对话框如图28所示。图28 流场初始化对话框(1) 在Compute from列表中选择inlet2，则表中数据与边界inlet2相同；(2) 鉴于初始化仅是对内部流动的一个猜测值，可以对其数值进行更改，其结果影响到迭代计算的收敛速度；(3) 点击 Init，再点击 Close 关闭初始化对话框。注意：若想查看inlet2 对应的是哪个边界，可打开网格显示窗口，右击边界，即可在信息反馈窗口内显示其边界的名称及数据。操作：Display Grid ; 点击Display.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

16、心的是温度、速度是否达到稳定值，为此，FLUENT可以设置监视器，对所关心的截面和物理量进行监测。操作：Solver Monitors Surface打开“Surface Monitors”（表面监视器）设置对话框如图29所示。图29 表面监视器设置对话框(1) 将Surface Monitors 右侧的书目增加到1；(2) 选择 Plot（若同时选择Write ，还可将结果写入文件）；(3) 点击Monitor-1 最右边Define按钮。（如对话框30所示）图30 表面监视器定义对话框(4) 在Report of 项选择 Temperature和Static Temperature;(5)

17、 在Surfaces项选择监测表面为outlet;(6) 在 Report Type下拉列表中选择 Area-Weighted Average（面积平均）；(7) 点击OK;(8) 点击“Surface Monitors”对话框中的OK.3、定义残差限操作：solvemonitorsResidual中定义残差限残差限的具体设置如下：Continuity 1e-04; x-velocity 1e-05; y-velocity 1e-05; energy 1e-06; k 1e-04; epsilon 1e-04 ，具体见图31图31 残差限定义对话框4、设定初始压力操作：DefineOperat

18、ing Condition将初始压力设定为101325Pa，其他的保持默认。如图32所示。图32 初始压力定义对话框5、保存case 文件(mixer.cas)操作：File Write Case输入文件名pensheqi.cas，并点击OK。6、开始进行800次迭代计算操作： solveIterate（1）在打开的对话框（如下图33所示），在Number of Iterations（迭代次数）栏中输入800；图33 迭代参数设置对话框（2）点击Iterate开始计算。 进行800次迭代后，出口截面上平均温度与平均速度监视器窗口显示曲线如下图所示。图34 出口平均温度变化曲线 由迭代计算的过程

19、显示可知，迭代到785次后，出口截面上的平均温度已经基本达到稳定状态。为了更加细致的观察起变化，还应对Y轴进行放大显示。7、在进行200次迭代计算（1）打开图2-1-32表面监视器定义对话框，点击Axes按钮。出现对话框如图35所示；（2）在Axis项选择Y轴，Option项不选择Auto Range；（3）在Range项，Minimum=391，Maxmum=401；（4）点击Apply；点击Close关闭对话框；（5）在“Iterate”会话框中输入200，点击Iterate，继续进行200次迭代计算。图35 轴向曲线放大设置框 在进行了200次迭代计算后，监视器的曲线图36如下所示。由图

20、可以看出，出口处的平均温度已经达到稳定状态。出口平均温度为395.5K。图36 监视器曲线8、保存data文件（pensheqi.dat）操作：FileWritedata 在data file一栏中填入：f:examplepensheqi.dat。点击OK。第6步：显示计算结果1、 利用不同的颜色显示速度分布操作：Display Contours 打开“Contours”设置对话框如图37所示。图37（1）在Contours of栏下选择Velocity（速度）和Velocity Magnitude（速度大小）；（2）在Options下选择Filled（填充方式）；（3）点击Compute（计

21、算）；（4）点击Display。则将显示如图38所示图片。图38 速度分布图2、 温度场显示（1）在分布图对话框中的Contours of下拉列表中选择Temperature和Static Temperature；（2）点击Compute；（3）点击Display。温度分布图如图39所示；若在Options下不选择Filled，则显示温度等值曲线图40。图39 温度分布图图40 温度等值曲线图3、 速度场显示操作：Display Velocity Vector 打开速度矢量场设置对话框如图41所示。图41 混合器内的等压线图（1）点击Compute，可以看到最大速度和最小速度值；（2）在Sty

22、le下拉列表中选择Arrow；（3）在Scale项填入：3；（4）保留其他默认设置，点击Display可以看到速度矢量场如图42所示。图42 速度矢量图4、 显示流场中的等压力线操作：Display Contours（1）在Option下，不选中Filled；（2）在Contour of下选择Pressure和Static Pressure；（3）点击Display，得到等压线如图43所示。图43混合器内等压线图5、 创建出流口截面上的温度XY曲线图操作：PlotXY Plot 设置对话框如图44所示（1）在Y Axis Function项选择Temperature和Static Temper

23、ature；（2）在Surface项选择Outlet；（3）保留其他默认设置，点击Plot。图44 XY曲线设置对话框得到在出口截面上的温度分布如图45所示。图45 出流口截面上的温度分布图6、 制作出流口截面上的压力分布图（1）在Y Axis Function项选择Pressure和Static Pressure；（2）在Surface项选择Outlet；（3）保留其他默认设置，点击Plot。得到压力分布图如图46所示。 图46 出流口截面上的压力分布图7、 制作出流口截面上的速度分布图（1）在Y Axis Function项选择Velocity和Static Velocity；（2）在Su

24、rface项选择Outlet；（3）保留其他默认设置，点击Plot。得到压力分布图如图47所示。图47 出流口截面上的速度分布图8、 函数 （速度水头）操作：Define Custom Field Function 打开自定义函数设计对话框如图48所示。图48 自定义函数设计对话框（1）在Field Function下拉列表中选择Density，并点击Select；（2）点击乘号按钮X；（3）在Field Function下拉列表中选择Velocity和Velocity Magnitude，并点击Select；（4）点击乘幂按钮yx,然后点击数字2；（5）点击除号按钮/，再点击2；（6）在New Function Name文本框内输入dynam-head作为函数名；（7）点击Define，再点击Close关闭对话框。9、 显示自定义函数的数值分布（等值线）操作：Display Contours打开“Contours”对话框如图49所示。图49 等值分布设置对话框（1）在Contours下拉列表中选择Custom Field Function，则刚定义的函数dynam-head出现在 下面的栏内；（2）在Options项下不 选择Filled；（3）保留其他默认设置，点击 Display；（4）点击Close关闭对话框。结果如图50所示。图50 速度水头的等值线图