環(huán)境條件下旋轉(zhuǎn)圓板散熱Fluent模擬畢業(yè)論文

1、 本科畢業(yè)論環(huán)境條件下旋轉(zhuǎn)圓板散熱fluent模擬專 業(yè) 姓 名 指導(dǎo)教師 評(píng) 閱 人 2013年5月中國(guó) 常州bachelors degree thesisof hohai universitythe thermal simulation of rotating circular plate with fluenton environmental conditionscollege ：mechanical and electrical engineeringsubject ：thermal and power engineeringname ： directed by ：changzhou

2、china鄭 重 聲 明本人呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)，是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，獨(dú)立進(jìn)行研究工作所取得的成果，所有數(shù)據(jù)、圖片資料真實(shí)可靠。盡我所知，除文中已經(jīng)注明引用的內(nèi)容外，本設(shè)計(jì)（論文）的研究成果不包含他人享有著作權(quán)的內(nèi)容。對(duì)本設(shè)計(jì)（論文）所涉及的研究工作做出貢獻(xiàn)的其他個(gè)人和集體，均已在文中以明確的方式標(biāo)明。本設(shè)計(jì)（論文）的知識(shí)產(chǎn)權(quán)歸屬于培養(yǎng)單位。本人簽名： 日期： 摘要本文主要介紹了用計(jì)算流體力學(xué)理論研究旋轉(zhuǎn)板散熱特性的方法，根據(jù)傳熱學(xué)的理論，針對(duì)旋轉(zhuǎn)板建立了三維溫度場(chǎng)的數(shù)值模擬模型，給出了模擬域內(nèi)的邊界條件，并運(yùn)用流體動(dòng)力學(xué)軟件fluent對(duì)旋轉(zhuǎn)板散熱問題的三維流場(chǎng)進(jìn)行了數(shù)值模擬，考察了在旋轉(zhuǎn)板

3、表面溫度為70、無(wú)內(nèi)熱源和空氣溫度為30的情況下，轉(zhuǎn)速分別為1500r/min和2000r/min時(shí)周圍空氣場(chǎng)的溫度分布，通過不同轉(zhuǎn)速之間的相互對(duì)比分析，得出了旋轉(zhuǎn)板散熱情況隨轉(zhuǎn)速改變的趨勢(shì)，以及轉(zhuǎn)速對(duì)散熱效果的影響。具體步驟分為五個(gè)部分：第一部分選取離心泵案例來(lái)熟悉一下使網(wǎng)格旋轉(zhuǎn)的方法，為接下來(lái)的計(jì)算做準(zhǔn)備；第二部分建立旋轉(zhuǎn)板的幾何模型、傳熱模型以及用gambit軟件建立旋轉(zhuǎn)板溫度模擬的計(jì)算模型和對(duì)模型進(jìn)行網(wǎng)格的劃分，并定義好各邊界；第三部分運(yùn)用fluent軟件對(duì)已劃分好網(wǎng)格的gambit模型進(jìn)行分析計(jì)算得出迭代殘差；第四部分分析計(jì)算結(jié)果，觀察局部、全局的溫度和壓力云圖，通過對(duì)兩種轉(zhuǎn)速下的溫

4、度、壓力云圖的對(duì)比以及兩種轉(zhuǎn)速下流量和總的傳熱功率的關(guān)系的對(duì)比得出轉(zhuǎn)速對(duì)旋轉(zhuǎn)板散熱效果的影響趨勢(shì)1820；第五部分對(duì)模擬好的結(jié)果進(jìn)行總結(jié)和展望。關(guān)鍵字：旋轉(zhuǎn)板、散熱、三維流場(chǎng)、動(dòng)網(wǎng)格、模擬仿真abstractthis paper introduces the method that it used computational fluid dynamics theory to study heat dissipation properties of rotating plate. according to the theory of heat transfer , it set up a 3d

5、temperature field about rotating plate for numerical simulation model, gave boundary conditions in the analog domain, and used the fluid dynamics software fluent to simulate the problem of rotating plate heat transfer . when the surface temperature is 70 , it had no the internal heat source , and th

6、e air temperature was 30 ,it examined the temperature distribution of air field at the speed of 1500r/min and 2000r/min. through the comparative analysis between different rotational speeds, it concluded the relationship between ratational speeds and heat transfer . the specific steps are divided in

7、to four parts: firstly , in order to prepare for the next calculation , it selected the pump case to familiarize with the rotation of the mesh method secondly , it used gambit to set up and mesh the simulation model , and define the boundaries. thirdly , it used fluent to calculate the meshed model.

8、fourthly, through observation of temperature and pressure contours and comparasion of different temperature and pressure contours at two speeds , it drew a conclusion about the relationship between rotational speed and heat transfer .lastly , it descriped the summary and prospects.keywords：rotating

9、plate；heat dissipation；three-dimensional flow field；dynamic mesh；simulation目錄摘要iabstractii第一章 緒論11.1 本課題研究的背景11.2 我國(guó)電動(dòng)機(jī)發(fā)展現(xiàn)狀21.2 本課題研究的目的41.3 本課題研究的主要工作4第二章 計(jì)算流體力學(xué)及fluent簡(jiǎn)介52.1 計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)簡(jiǎn)介52.1.1 計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)概述52.1.2 計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)的工作步驟52.1.3 計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)62.1.4 計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域72.1.5 cfd的求解過程82.2 fluent軟件簡(jiǎn)介82.2.1 fluent軟件

10、的網(wǎng)格特性82.2.2 fluent軟件定義邊界條件特性92.2.3 fluent軟件的靈活處理特性92.2.4 fluent的程序結(jié)構(gòu)92.2.5 fluent程序可以求解的問題102.2.6 用fluent程序求解問題的步驟11第三章 案例分析113.1 介紹113.2 問題描述113.3 利用gambit建立計(jì)算模型123.4 利用fluent軟件對(duì)建好的模型進(jìn)行數(shù)值模擬并繪制速度云圖133.5 結(jié)果分析13第四章 模型建立及計(jì)算144.1 問題描述144.2 模型建立步驟144.2.1 建立幾何模型144.2.2 建立傳熱模型154.2.3 利用gambit建立計(jì)算模型164.2.4

11、利用gambit對(duì)計(jì)算區(qū)域劃分網(wǎng)格194.2.5 利用gambit設(shè)置邊界類型234.2.6 輸出網(wǎng)格并保存會(huì)話264.3 利用fluent 3d求解器進(jìn)行求解27第五章 計(jì)算結(jié)果后處理及結(jié)果分析395.1 旋轉(zhuǎn)板溫度、壓力特性分析395.2 旋轉(zhuǎn)板周圍空氣場(chǎng)的空氣流量與總的傳熱功率的分析41第六章 結(jié)論和展望426.1 結(jié)論426.2 展望43參考文獻(xiàn)44致謝46第一章 緒論1.1 本課題研究的背景電動(dòng)機(jī)是一種實(shí)現(xiàn)機(jī)、電能量轉(zhuǎn)換的電磁裝置。常見的電動(dòng)機(jī)可分為交流電動(dòng)機(jī)和直流電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)是一種旋轉(zhuǎn)式電動(dòng)機(jī)器，它將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，它主要包括一個(gè)用以產(chǎn)生磁場(chǎng)的電磁鐵繞組或分布的定子繞組和一個(gè)旋

12、轉(zhuǎn)電樞或轉(zhuǎn)子。在定子繞組旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的作用下，其在電樞鼠籠式鋁框中有電流通過并受磁場(chǎng)的作用而使其轉(zhuǎn)動(dòng)。電動(dòng)機(jī)的使用和控制非常方便，具有自起動(dòng)、加速、制動(dòng)、反轉(zhuǎn)、掣住等能力，能滿足各種運(yùn)行要求；電動(dòng)機(jī)的工作效率較高，又沒有煙塵、氣味，不污染環(huán)境，噪聲也較小。由于它的一系列優(yōu)點(diǎn)，所以在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、交通運(yùn)輸、國(guó)防、商業(yè)及家用電器、醫(yī)療電器設(shè)備等各方面廣泛應(yīng)用。這些機(jī)器中有些類型可作電動(dòng)機(jī)用，也可作發(fā)電機(jī)用。它是將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的一種機(jī)器。通常電動(dòng)機(jī)的作功部分作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，這種電動(dòng)機(jī)稱為轉(zhuǎn)子電動(dòng)機(jī)；也有作直線運(yùn)動(dòng)的，稱為直線電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)能提供的功率范圍很大，從毫瓦級(jí)到千瓦級(jí)。機(jī)床、水泵、皮帶機(jī)、風(fēng)機(jī)等需

13、要電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)；電力機(jī)車、電梯，需要電動(dòng)機(jī)牽引。家庭生活中的電扇、冰箱、洗衣機(jī)，甚至各種電動(dòng)機(jī)玩具都離不開電動(dòng)機(jī)。電動(dòng)機(jī)已經(jīng)應(yīng)用在現(xiàn)代社會(huì)生活中的各個(gè)方面。電動(dòng)機(jī)是隨著生產(chǎn)力的發(fā)展而發(fā)展的，反過來(lái)，電動(dòng)機(jī)的發(fā)展也促進(jìn)了社會(huì)生產(chǎn)力的不斷提高。從19世紀(jì)末期起，電動(dòng)機(jī)就逐漸代替蒸汽機(jī)作為拖動(dòng)生產(chǎn)機(jī)械的原動(dòng)機(jī)，一個(gè)多世紀(jì)以來(lái)，雖然電動(dòng)機(jī)的基本結(jié)構(gòu)變化不大，但是電動(dòng)機(jī)的類型增加了許多，在運(yùn)行性能，經(jīng)濟(jì)指標(biāo)等方面也都有了很大的改進(jìn)和提高，而且隨著自動(dòng)控制系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，在一般旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)的理論基礎(chǔ)上又發(fā)展出許多種類的控制電動(dòng)機(jī)，控制電動(dòng)機(jī)具有高可靠性好精確度快速響應(yīng)的特點(diǎn)，已成為電動(dòng)機(jī)學(xué)科的一個(gè)獨(dú)立

14、分支。在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)過程中，為了實(shí)現(xiàn)各種生產(chǎn)工藝過程，需要各種各樣的生產(chǎn)機(jī)械。拖動(dòng)各種生產(chǎn)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)，可以采用氣動(dòng)，液壓傳動(dòng)和電力拖動(dòng)。由于電力拖動(dòng)具有控制簡(jiǎn)單調(diào)節(jié)性能好耗損小經(jīng)濟(jì)，能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離控制和自動(dòng)控制等一系列優(yōu)點(diǎn)，因此大多數(shù)生產(chǎn)機(jī)械都采用電力拖動(dòng)。按照電動(dòng)機(jī)的種類不同，電力拖動(dòng)系統(tǒng)分為直流電力拖動(dòng)系統(tǒng)和交流電力拖動(dòng)系統(tǒng)兩大類?？v觀電力拖動(dòng)的發(fā)展過程，交、直流兩種拖動(dòng)方式并存于各個(gè)生產(chǎn)領(lǐng)域。在交流電出現(xiàn)以前，直流電力拖動(dòng)是唯一的一種電力拖動(dòng)方式，19世紀(jì)末期，由于研制出了經(jīng)濟(jì)實(shí)用的交流電動(dòng)機(jī)，致使交流電力拖動(dòng)在工業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用，但隨著生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，特別是精密機(jī)械加工與冶金工業(yè)生產(chǎn)

15、過程的進(jìn)步，對(duì)電力拖動(dòng)在起動(dòng)，制動(dòng)，正反轉(zhuǎn)以及調(diào)速精度與范圍等靜態(tài)特性和動(dòng)態(tài)響應(yīng)方面提出了新的，更高的要求。由于交流電力拖動(dòng)比直流電力拖動(dòng)在技術(shù)上難以實(shí)現(xiàn)這些要求，所以20世紀(jì)以來(lái)，在可逆，可調(diào)速與高精度的拖動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域中，相當(dāng)時(shí)期內(nèi)幾乎都是采用直流電力拖動(dòng)，而交流電力拖動(dòng)則主要用于恒轉(zhuǎn)速系統(tǒng)。雖然直流電動(dòng)機(jī)具有調(diào)速性能優(yōu)異這一突出特點(diǎn)，但是由于它具有電刷與換向器（又稱整流子），使得他的故障率較高，電動(dòng)機(jī)的使用環(huán)境也受到了限制（如不能在有易爆氣體及塵埃多的場(chǎng)合使用），期電力等級(jí)，額定轉(zhuǎn)速，單機(jī)容量的發(fā)展也受到了限制。所以，在20世紀(jì)60年代以后，隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，半導(dǎo)體交流技術(shù)的交流技術(shù)的

16、交流調(diào)速系統(tǒng)得以實(shí)現(xiàn)。尤其是70年代以來(lái)，大規(guī)模集成電路和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)的發(fā)展，為交流電力拖動(dòng)的廣泛應(yīng)用創(chuàng)造了有利條件。諸如交流電動(dòng)機(jī)的串級(jí)調(diào)速，各種類型的變頻調(diào)速，無(wú)換向器電動(dòng)機(jī)調(diào)速等，使得交流電力拖動(dòng)逐步具備了調(diào)速范圍寬，穩(wěn)態(tài)精度高，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快以及在四象限做可逆運(yùn)行等良好的技術(shù)性能，在調(diào)速性能方面完全可與直流電力拖動(dòng)媲美。除此之外，由于交流電力拖動(dòng)具有調(diào)速性能優(yōu)良，維修費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)，將廣泛應(yīng)用于各個(gè)工業(yè)電氣自動(dòng)化領(lǐng)域中，并逐步取代直流電力拖動(dòng)而成為電力拖動(dòng)的主流1。.隨著電動(dòng)機(jī)在各個(gè)行業(yè)的普及，對(duì)電動(dòng)機(jī)的技術(shù)要求也相應(yīng)的提高，其中就包括對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的散熱的技術(shù)要求21。1.2 我國(guó)電動(dòng)機(jī)發(fā)

17、展現(xiàn)狀我國(guó)的電動(dòng)機(jī)生產(chǎn)從1917年至今已有95年的歷史，該行業(yè)在國(guó)內(nèi)已經(jīng)形成比較完整的產(chǎn)業(yè)體系。近年來(lái)，我國(guó)電動(dòng)機(jī)制造行業(yè)隨著電力發(fā)展呈現(xiàn)出勃勃生機(jī)，產(chǎn)銷規(guī)模和經(jīng)濟(jì)效益都有了大幅度提高。據(jù)2013-2017年中國(guó)電動(dòng)機(jī)制造行業(yè)供需狀況與投資前景分析報(bào)告數(shù)據(jù)顯示，2005-2011年，我國(guó)電動(dòng)機(jī)制造行業(yè)銷售收入年均增長(zhǎng)36.92%。除了2009年受金融危機(jī)影響，制造業(yè)普遍下滑，電動(dòng)機(jī)的同比增速下降到11.20%之外，其他年份，我國(guó)電動(dòng)機(jī)的市場(chǎng)規(guī)模增長(zhǎng)率均處于較高水平，同比均在20%以上，即使在2011年我國(guó)制造業(yè)發(fā)展速度普遍放緩的情況下，電動(dòng)機(jī)的同比增長(zhǎng)仍達(dá)到21.87%。前瞻網(wǎng)認(rèn)為，電機(jī)制造企

18、業(yè)應(yīng)建立自主品牌，發(fā)力高端，拓展海外市場(chǎng)，保障產(chǎn)品質(zhì)量和售后服務(wù)，向航空、航海、軍工、核電以及特種電機(jī)等新領(lǐng)域發(fā)展，才能在嚴(yán)峻的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中立于不敗之地。在全社會(huì)電能消耗中，有70%左右耗費(fèi)在工業(yè)領(lǐng)域，而工業(yè)電機(jī)的耗電量又占據(jù)整個(gè)工業(yè)領(lǐng)域用電的70%。提高電機(jī)效率可以主要通過2種方式，通過一個(gè)頻率轉(zhuǎn)換器，提高運(yùn)作效率的交流電機(jī)；二是使用高效電機(jī)。不同的頻率轉(zhuǎn)換器是主要的工業(yè)領(lǐng)域的節(jié)能，節(jié)能效率一般在30%以上，在某些行業(yè)甚至高達(dá)40%-50%。高效電機(jī)的市場(chǎng)應(yīng)用比例仍然相對(duì)較低，但最低能源效率標(biāo)準(zhǔn)和補(bǔ)貼政策的支持，未來(lái)高效電機(jī)的市場(chǎng)應(yīng)用比例將大幅上升。2012年1-12月，我國(guó)累計(jì)出口電動(dòng)機(jī)及發(fā)

19、電機(jī)30.96億臺(tái)，與2011年同期相比減少了8.2%，累計(jì)出口金額達(dá)92.24億美元，同比增長(zhǎng)5.0%。12月當(dāng)月，我國(guó)電動(dòng)機(jī)及發(fā)電機(jī)出口量為2.748億臺(tái)，出口金額為8.18億美元。在投資上，應(yīng)該在政策利好出臺(tái)前提前布局。目前高效電機(jī)市場(chǎng)應(yīng)用比例仍較低，但在最低能效標(biāo)準(zhǔn)及補(bǔ)貼政策支持下，未來(lái)高效電機(jī)的市場(chǎng)應(yīng)用比例將大幅上升。電機(jī)系統(tǒng)包括控制裝置、電動(dòng)機(jī)、被拖動(dòng)裝置、傳動(dòng)裝置以及管網(wǎng)負(fù)荷等，是一個(gè)涉及多學(xué)科、多專業(yè)、多領(lǐng)域的復(fù)雜系統(tǒng)。近年來(lái)，戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)、合同能源管理政策、市場(chǎng)化節(jié)能環(huán)保服務(wù)體系建設(shè)、資源綜合利用和再制造及節(jié)能產(chǎn)品惠民工程高效電機(jī)推廣為電機(jī)行業(yè)發(fā)展帶來(lái)重大機(jī)遇，與之相關(guān)的電

20、機(jī)生產(chǎn)制造商和電機(jī)配套企業(yè)也迎來(lái)了產(chǎn)品更新?lián)Q代的市場(chǎng)增長(zhǎng)潛力。特別是為適應(yīng)低碳經(jīng)濟(jì)時(shí)代的節(jié)能技術(shù)創(chuàng)新趨勢(shì)，高效電機(jī)已逐漸成為未來(lái)市場(chǎng)的主流。我國(guó)電機(jī)年用電量目前超過2萬(wàn)億千瓦時(shí)，約占全國(guó)用電量的60%和工業(yè)用電量的80%。高效電機(jī)能耗比普通電機(jī)低20%30%，但我國(guó)高效電機(jī)現(xiàn)在市場(chǎng)占有率只有10%，因此大力推廣高效電機(jī)會(huì)對(duì)國(guó)家推進(jìn)節(jié)能減排具有一定意義，其潛在的市場(chǎng)商機(jī)也初現(xiàn)端倪。目前，我國(guó)電機(jī)產(chǎn)品雖然種類繁多，但效率普遍不高，嚴(yán)重存在大馬拉小車的現(xiàn)象，高效電機(jī)的推廣與應(yīng)用已經(jīng)刻不容緩。我國(guó)十二五期間將集中力量圍繞電機(jī)系統(tǒng)節(jié)能工程、裝備制造調(diào)整和振興、新能源領(lǐng)域技術(shù)的大力推進(jìn)，優(yōu)化發(fā)展一批高效節(jié)

21、能環(huán)保重點(diǎn)產(chǎn)品，淘汰一批普通效率的電機(jī)產(chǎn)品，促進(jìn)產(chǎn)品更新?lián)Q代。在工信部公布的高耗能落后機(jī)電設(shè)備（產(chǎn)品）淘汰目錄（第二批）中，電機(jī)設(shè)備位列其中，預(yù)示我國(guó)電機(jī)行業(yè)即將面臨市場(chǎng)和科技的全新發(fā)展。為有效淘汰低效電機(jī)、加快高效電機(jī)的推廣，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì)發(fā)布的新版中小型三相異步電動(dòng)機(jī)能效限定值及能效等級(jí)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)于2012年9月實(shí)施，中小型電機(jī)行業(yè)面臨較大的影響。目前我國(guó)大批量生產(chǎn)的y、y2、y3系列三相異步電動(dòng)機(jī)將被禁止生產(chǎn)，享受國(guó)家惠民工程的yx3系列高效率三相異步電動(dòng)機(jī)將有可能不再得到政策補(bǔ)貼。高效電機(jī)的研發(fā)與推廣猶如在弦之箭，行業(yè)內(nèi)關(guān)注度空前。1.2 本課題研究的目的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的散熱情況關(guān)系到

22、轉(zhuǎn)子的壽命長(zhǎng)短和電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行安全與否，所以對(duì)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子散熱情況的研究是必不可少的。電動(dòng)機(jī)的熱源很復(fù)雜，包括定子繞組，轉(zhuǎn)子繞組，定子鐵心等幾個(gè)主要部分。本課題研究的主要目的是得到轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速與散熱的關(guān)系，以及轉(zhuǎn)速對(duì)散熱效果的影響，從而對(duì)電動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)、優(yōu)化及生產(chǎn)提供相關(guān)的技術(shù)支持21。1.3 本課題研究的主要工作本文將借助商業(yè)cfd軟件fluent，完成對(duì)旋轉(zhuǎn)板的三維流場(chǎng)數(shù)值模擬，并繪制處模擬的溫度云圖，并對(duì)其模擬結(jié)果進(jìn)行分析研究，為今后設(shè)計(jì)和優(yōu)化電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子提供新的研究手段及理論依據(jù)。本文主要工作如下：（1）介紹計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)；（2）對(duì)離心泵的案例進(jìn)行分析；（2）將電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子簡(jiǎn)化成旋轉(zhuǎn)板模型；（3）運(yùn)

23、用gambit軟件創(chuàng)建旋轉(zhuǎn)板的計(jì)算模型；（4）運(yùn)用gambit對(duì)模型進(jìn)行空間網(wǎng)格劃分；（5）利用fluent進(jìn)行仿真計(jì)算；（6）對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行分析。第二章 計(jì)算流體力學(xué)及fluent簡(jiǎn)介2.1 計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)簡(jiǎn)介2.1.1 計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)概述計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(computational fluid dynamics,簡(jiǎn)稱cfd)是通過計(jì)算機(jī)數(shù)值計(jì)算和圖象顯示，對(duì)包含有流體流動(dòng)和熱傳導(dǎo)等相關(guān)物理現(xiàn)象的系統(tǒng)所做的分析。cfd的基本思想可以歸結(jié)為：把原來(lái)在時(shí)間域及空間域上連續(xù)的的物理量的場(chǎng)，如加速場(chǎng)和壓力場(chǎng)，用一系列有限個(gè)離散點(diǎn)上的變量值的集合來(lái)代替，通過一定的原則和方式建立起這些離散點(diǎn)上場(chǎng)變量之間關(guān)

24、系的代數(shù)方程組，然后求解代數(shù)方程組獲得場(chǎng)變量的近似值6。2.1.2 計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)的工作步驟采用cfd的方法對(duì)流體流動(dòng)進(jìn)行數(shù)值模擬，通常包括如下步驟：(1)建立反映工程問題或物理問題本質(zhì)的數(shù)學(xué)模型。具體地說(shuō)就是要建立反映問題各個(gè)量之間的微分方程及相應(yīng)的定解條件，這是數(shù)值模擬的出發(fā)點(diǎn)。沒有正確完善的數(shù)學(xué)模型，數(shù)值模擬就毫無(wú)意義。流體的基本控制方程通常包括質(zhì)量守恒方程，動(dòng)量守恒方程，能量守恒方程，以及這些方程相應(yīng)的定解條件。(2)尋求高效率，高準(zhǔn)確度的計(jì)算方法，即建立針對(duì)控制方程的數(shù)字離散化方法，如有限差分法，有限元法，有限體積法等。這里的計(jì)算方法不僅包括微分方程的額離散化方法幾求解方法，還包括貼

25、體坐標(biāo)的建立，邊界條件的處理等。這些內(nèi)容，可以說(shuō)是cfd的核心。(3)編制程序和進(jìn)行計(jì)算。這部分工作包括計(jì)算網(wǎng)格劃分、初始條件和邊界條件的輸入，控制參數(shù)的設(shè)定等。這是整個(gè)工作中花時(shí)間最多的部分。由于求解的問題比較復(fù)雜，比如navier-stokes方程就是一個(gè)十分復(fù)雜的非線性方程，數(shù)值求解方法在理論上不是絕對(duì)完善的，所以需要通過實(shí)驗(yàn)加以驗(yàn)證。(4)顯示計(jì)算結(jié)果。計(jì)算結(jié)果一般通過圖表等方式顯示，這對(duì)檢查和判斷分析質(zhì)量和結(jié)果有重要參考意義。以上這些步驟構(gòu)成了cfd數(shù)值模擬的全過程。2.1.3 計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)研究流體流動(dòng)的完整體系包括傳統(tǒng)的理論分析方法、試驗(yàn)測(cè)量方法和cfd方法。理論分析方法的優(yōu)

26、點(diǎn)在于所得結(jié)果具有普遍性，各種影響因素清晰可見，是指導(dǎo)試驗(yàn)研究和驗(yàn)證新的數(shù)值計(jì)算方法的理論基礎(chǔ)。但是，它往往要求對(duì)計(jì)算對(duì)象進(jìn)行抽象和簡(jiǎn)化，才有可能得出理論解。對(duì)于非線性情況，只有少數(shù)流動(dòng)才能給出解析結(jié)果。實(shí)驗(yàn)測(cè)量方法所得的結(jié)果真實(shí)可信，它是理論分析和數(shù)值方法的基礎(chǔ)，其重要性不容低估。然而，實(shí)驗(yàn)往往受到模型尺寸、流場(chǎng)擾動(dòng)、人身安全和測(cè)量精度的限制，有時(shí)可能很難通過實(shí)驗(yàn)方法得到結(jié)果。此外，實(shí)驗(yàn)還會(huì)遇到經(jīng)費(fèi)投入、人力和物力的巨大耗費(fèi)及周期長(zhǎng)等許多困難。而cfd方法恰好克服了前面兩方面的弱點(diǎn)，在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)一個(gè)特定的計(jì)算，就好像在計(jì)算機(jī)上做一次物理實(shí)驗(yàn)2。這樣不僅省時(shí)省錢，有較多的靈活性，而且能給出詳

27、細(xì)完整的資料，很容易模擬特殊尺寸、高溫、有毒、易燃等真實(shí)條件和實(shí)驗(yàn)中只能接近而無(wú)法達(dá)到的理想條件。此外，cfd作為一門比較新的學(xué)科，還有其他一些鮮明的特點(diǎn)：第一，cfd的發(fā)展及應(yīng)用與計(jì)算機(jī)的發(fā)展直接相關(guān)。cfd發(fā)展的一個(gè)基本條件是高速、大容量的電子計(jì)算機(jī)。隨著對(duì)cfd研究的深入，我們將對(duì)這一點(diǎn)有越來(lái)越清晰的認(rèn)識(shí)。今天，計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，已經(jīng)使得采用cfd方法研究一些工程實(shí)際問題成為可能。最近10年來(lái)，商業(yè)cfd軟件不斷涌現(xiàn)，極大地促進(jìn)了cfd在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用。但是，由于計(jì)算機(jī)速度和容量的限制，還有很多問題在目前和近期還無(wú)法完全用cfd方法解決。所以，計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，已經(jīng)為cfd的廣泛應(yīng)用

28、提供了一定可能，而cfd的發(fā)展還不斷為計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展提出新的要求。第二，cfd與應(yīng)用數(shù)學(xué)有密切的聯(lián)系。在計(jì)算的離散化過程中，cfd產(chǎn)生了一系列的數(shù)學(xué)問題。離散的代數(shù)方程逼近原來(lái)的積分微分方程的程度如何? 數(shù)值解逼近積分微分方程的精確解程度如何？這就是cfd方法的精度和誤差估計(jì)問題。當(dāng)離散點(diǎn)的數(shù)量趨于無(wú)窮大，間距趨于無(wú)窮小時(shí)，數(shù)值解是否趨于精確解？這就是數(shù)值方法的收斂性問題。在計(jì)算機(jī)上，數(shù)值計(jì)算以有限的字長(zhǎng)進(jìn)行計(jì)算的，因此計(jì)算機(jī)得到的數(shù)值解不是精確的數(shù)值解。由于機(jī)器字長(zhǎng)有限產(chǎn)生的誤差對(duì)計(jì)算結(jié)果影響如何，會(huì)不會(huì)無(wú)限增長(zhǎng)以至于得不到有意義的解？這就是數(shù)值計(jì)算的穩(wěn)定性問題。這些問題及未列出的其

29、他問題都是應(yīng)用數(shù)學(xué)研究的重要內(nèi)容，也是cfd研究的中心內(nèi)容。第三，cfd研究呈現(xiàn)出明顯的學(xué)科交叉性。cfd的生命力在于廣泛應(yīng)用于工程領(lǐng)域，解決其中涉及的與流體運(yùn)動(dòng)相關(guān)的問題。為了解決這些問題，cfd研究必須和這些領(lǐng)域的研究交叉和融合3。2.1.4 計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)的應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)十多年來(lái)，cfd有了很大的發(fā)展，替代了經(jīng)典流體力學(xué)中的一些近似計(jì)算法和圖解法；過去的一些經(jīng)典教學(xué)實(shí)驗(yàn)，如reynolds實(shí)驗(yàn)，現(xiàn)在可以完全借助cfd手段在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)。所有涉及流體流動(dòng)，熱交換，分子運(yùn)輸?shù)痊F(xiàn)象的問題，幾乎都可以通過計(jì)算流體力學(xué)的方法進(jìn)行分析和模擬。cfd不僅作為一個(gè)研究工具，而且還作為設(shè)計(jì)工具在水利工程，土木

30、工程，環(huán)境工程，食品工程，海洋結(jié)構(gòu)工程，工業(yè)制造等領(lǐng)域發(fā)揮作用。典型的應(yīng)用場(chǎng)合及相關(guān)的工程問題包括：（1）水輪機(jī)，風(fēng)機(jī)和泵等流體機(jī)械內(nèi)部的流體流動(dòng)；（2）飛機(jī)和航天飛機(jī)等飛行器的設(shè)計(jì)；（3）汽車線性外型對(duì)性能的影響；（4）洪水波及河口潮流的計(jì)算；（5）風(fēng)載荷對(duì)高層建筑物穩(wěn)定性及結(jié)構(gòu)性能影響；（6）溫室及室內(nèi)的空氣流動(dòng)及環(huán)境分析；（7）電子元器件的冷卻；（8）換熱器性能分析及換熱器片形狀的選?。唬?）河流中污染物的擴(kuò)散；（10）汽車尾氣對(duì)街道環(huán)境的影響；（11）食品中細(xì)菌的運(yùn)移。對(duì)于這些問題的處理，過去只要借助于基本的理論分析和大量的物理模型實(shí)驗(yàn)，而現(xiàn)在大多采用cfd的方法加以分析和解決，cfd

31、技術(shù)現(xiàn)已發(fā)展到完全可以分析三維粘性湍流及旋渦運(yùn)動(dòng)等復(fù)雜問題的程度4。2.1.5 cfd的求解過程無(wú)論是流動(dòng)問題、傳熱問題，還是污染物的運(yùn)移問題，無(wú)論是穩(wěn)態(tài)問題，還是瞬間問題，其求解過程都可用圖2.1.1表示。如果所求解問題是瞬態(tài)問題，則可將上圖的過程理解為一個(gè)時(shí)間步的計(jì)算過程，循環(huán)這一過程求解下個(gè)時(shí)間步的解。圖2.1.1 cfd工作流程圖62.2 fluent軟件簡(jiǎn)介2.2.1 fluent軟件的網(wǎng)格特性fluent提供了非常靈活的網(wǎng)格特性，讓用戶可以使用非結(jié)構(gòu)，包括三角形、四邊形、四面體、六面體、金字塔形網(wǎng)格來(lái)解決具有復(fù)雜外形的流體流動(dòng)，甚至可以用混合型非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格。它允許用戶根據(jù)解的具體情況

32、對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行修改（簡(jiǎn)化/粗化）。fluent使用gambit作為前處理軟件，它可讀入多種cad軟件的三維幾何模型和多種cae軟件的網(wǎng)格模型。fluent可用于二維平面、二維軸對(duì)稱和三維流動(dòng)分析，它可完成多種參考系下的流場(chǎng)模擬、定常與非定常流動(dòng)分析、不可壓流和可壓流計(jì)算、層流和湍流模擬等。它的湍流模型包括k-模型、reynolds應(yīng)力模型、les模型雙層近壁模型等14。2.2.2 fluent軟件定義邊界條件特性fluent可讓用戶定義多種邊界條件，如流動(dòng)入口和出口邊界條件避免邊界條件等，可采用多種局部的笛卡爾和圓柱坐標(biāo)系的分量流入，所有邊界條件均可隨時(shí)間和空間變化，包括軸對(duì)稱和周期變化等。2.2

33、.3 fluent軟件的靈活處理特性fluent使用c語(yǔ)言寫的，可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配及高校數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，具有極大的靈活性和很強(qiáng)的處理能力。它還提供了用戶自定義子程序功能，可讓用戶自行定義連續(xù)方程、動(dòng)量方程、能量方程，自定義邊界條件初始條件、流體的物性等，這給特殊問題的處理帶來(lái)了極大的方便2。2.2.4 fluent的程序結(jié)構(gòu)fluent程序軟件包括以下幾個(gè)部分組成：（1）gambit用于建立幾何結(jié)構(gòu)和網(wǎng)格的生成。（2）fluent用于進(jìn)行流動(dòng)模擬的求解器。（3）prepdf用于模擬pdf燃燒過程。（4）tgrid用于從現(xiàn)有的邊界網(wǎng)格生成體網(wǎng)格。（5）filter將其他程序生成的網(wǎng)格，用于fluent

34、計(jì)算。利用fluent軟件進(jìn)行流體與傳熱的模擬計(jì)算流程如圖2-1所示。首先利用gambit進(jìn)行流體區(qū)域幾何形狀的構(gòu)建、邊界類型以及網(wǎng)格的生成，并輸出用于fluent求解器計(jì)算的格式；然后利用fluent求解器對(duì)流動(dòng)區(qū)域進(jìn)行求解計(jì)算，并進(jìn)行計(jì)算結(jié)果的后處理。圖2.2.1 基本程序機(jī)構(gòu)示意圖72.2.5 fluent程序可以求解的問題fluent軟件可以計(jì)算二維和三維流動(dòng)計(jì)算問題，在計(jì)算過程中，網(wǎng)格可以自適應(yīng)調(diào)整。fluent軟件應(yīng)用非常廣泛，主要范圍如下：（1）可壓縮與不可壓縮問題；（2）穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)流動(dòng)問題；（3）無(wú)黏流，層流及湍流問題；（4）牛頓流體及非牛頓流體；（5）對(duì)流換熱問題；（6）導(dǎo)熱

35、與對(duì)流換熱耦合問題；（7）輻射換熱問題；（8）慣性坐標(biāo)系和非慣性坐標(biāo)系下流動(dòng)問題模擬；（9）用lagrangian軌道模型模擬稀流相（顆粒，水滴，氣泡等）；（10）一維風(fēng)扇、熱交換器性能計(jì)算；（11）兩相流問題；（12）復(fù)雜表面形狀下的自由面流動(dòng)問題6。2.2.6 用fluent程序求解問題的步驟利用fluent軟件求解問題的具體步驟如下：（1）確定幾何形狀，生成計(jì)算網(wǎng)格（用gambit）。（2）輸入并檢查網(wǎng)格。（3）選擇3d求解器。（4）選擇求解的方程。（5）確定流體的材料性質(zhì)。（6）確定邊界類型及邊界條件。（7）條件計(jì)算控制參數(shù)。（8）流場(chǎng)初始化。（9）求解計(jì)算。（10）保存結(jié)果進(jìn)行后處理

36、等5。第三章 案例分析3.1 介紹許多工程問題涉及流動(dòng)區(qū)域的旋轉(zhuǎn)，其中離心式水泵就是一個(gè)很典型的例子。對(duì)于所有運(yùn)動(dòng)部位都以特定的角速度旋轉(zhuǎn)，并且穩(wěn)態(tài)壁面是關(guān)于旋轉(zhuǎn)軸的回轉(zhuǎn)面，這樣整個(gè)計(jì)算區(qū)域可以被認(rèn)為是單一旋轉(zhuǎn)的參照系。但是當(dāng)每一個(gè)部分都圍繞不同的軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，或者以不同的速度圍繞同一個(gè)軸旋轉(zhuǎn)，再或者為太避免不是回轉(zhuǎn)面，單個(gè)旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系不能足以固定計(jì)算區(qū)域，以至于無(wú)法預(yù)測(cè)穩(wěn)態(tài)流場(chǎng)。在fluent中，可以使用多個(gè)參考系（mrf）方法來(lái)分析多旋轉(zhuǎn)機(jī)件的流動(dòng)特征。這種模型優(yōu)勢(shì)在于更適合計(jì)算單個(gè)區(qū)域包含多個(gè)旋轉(zhuǎn)參考系的情況。但是，在大多數(shù)情況下，我們可以選擇流場(chǎng)獨(dú)立于運(yùn)動(dòng)機(jī)件取向的位置，將其作為交界面。換言

37、之，如果交界面與轉(zhuǎn)角無(wú)關(guān)，那么模型就可以用來(lái)計(jì)算時(shí)間平均流場(chǎng)。所以，mrf方法在模擬多個(gè)旋轉(zhuǎn)機(jī)件時(shí)非常有效。本案例以離心式水泵二維截面為例，只包含一個(gè)旋轉(zhuǎn)參考系15。3.2 問題描述考慮常用的離心式水泵，如圖3.2.1所示。該水泵包含了6個(gè)葉片，葉片前緣離中心位置大約110mm，葉片根部離中心位置大約60mm，水泵出口直徑136mm，進(jìn)口處流速為2.2m/s。流動(dòng)假設(shè)為湍流。圖3.2.1 離心式水泵這里將泵內(nèi)流體分為兩個(gè)部分，即隨葉輪一起轉(zhuǎn)動(dòng)的部分和蝸殼內(nèi)的非轉(zhuǎn)動(dòng)部分，就對(duì)應(yīng)兩個(gè)計(jì)算區(qū)域。這里采用如下計(jì)算特征：（1）使用2d分離式求解器，流動(dòng)按穩(wěn)態(tài)問題處理；（2）不考慮熱交換，即屏蔽能量方程；

38、（3）使用標(biāo)準(zhǔn)k-epsilon模型；（4）速度壓力耦合方式采用simplec算法，使用默認(rèn)的欠松弛因子；（5）使用速度進(jìn)口、壁面、出流及兩個(gè)流體區(qū)域的邊界條件；（6）使用多重參考系（mrf）求解包含轉(zhuǎn)動(dòng)區(qū)域的問題；（7）各控制方程的離散格式均采用二階迎風(fēng)格式；（8）啟動(dòng)所有求解變量的殘差監(jiān)視功能，收斂判據(jù)均為0.001；（9）用進(jìn)口邊界上的速度值初始化流場(chǎng)的解；（10）迭代計(jì)算限定在400次；（11）后處理環(huán)節(jié)顯示速度云圖。3.3 利用gambit建立計(jì)算模型利用cad繪制水泵的幾何圖形，保存成acis文件，然后將此文件導(dǎo)入到gambit中，利用gambit功能繪制網(wǎng)格，并對(duì)壁面和流體進(jìn)行邊

39、界設(shè)置。其中入口邊界inlet，出口邊界outlet，葉片,wall-1，葉輪外圓與蝸殼流體交界面為wall-2，蝸殼邊界為wall-3；葉片內(nèi)部流體為fluid-1，葉片外部蝸殼內(nèi)部流體為fluid-2。圖3.3.1 離心式水泵網(wǎng)格3.4 利用fluent軟件對(duì)建好的模型進(jìn)行數(shù)值模擬并繪制速度云圖將建好的網(wǎng)格模型導(dǎo)入fluent軟件進(jìn)行模擬計(jì)算，進(jìn)行迭代后對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行后處理，繪制出速度云圖，如圖3.3.2所示。圖3.3.2 離心式水泵的速度云圖3.5 結(jié)果分析該計(jì)算結(jié)果并不是很理想，由速度云圖可以知道流體的阻力較大，流體并不能很好的通過出口，可能原因是網(wǎng)格建立的不夠合理或設(shè)計(jì)參數(shù)不合理，可

40、通過重新劃分網(wǎng)格，或改變蝸殼的設(shè)計(jì)參數(shù)（如：出口高度、蝸殼內(nèi)壁表面粗糙度等），抑或改變?nèi)~片設(shè)計(jì)參數(shù)（如：葉片個(gè)數(shù)、葉片尺寸等）來(lái)使這種情況得以改善15。第四章 模型建立及計(jì)算4.1 問題描述本課題研究的是工業(yè)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子的散熱性能與轉(zhuǎn)速的關(guān)系，考慮到電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)散熱的復(fù)雜性，故采用簡(jiǎn)化模型旋轉(zhuǎn)板模型，其中旋轉(zhuǎn)板材料為鋁，兩種不同的轉(zhuǎn)速分別為1500r/min和2000r/min，鋁板的表面粗糙度設(shè)為0.5，周圍空氣為理想氣體，使用3d分離式求解器，流動(dòng)按穩(wěn)態(tài)問題處理，流動(dòng)為湍流，考慮換熱，采用標(biāo)準(zhǔn)k-epsilon模型，速度壓力耦合方式采用simplec算法，各控制方程的離散格式均采用二階迎

41、風(fēng)格式，啟動(dòng)所有求解變量的殘差監(jiān)視功能，收斂判據(jù)均為0.001，迭代計(jì)算限定在15000次，后處理環(huán)節(jié)顯示溫度、壓力云圖和各邊界上的流量、總傳熱率的數(shù)據(jù)。4.2 模型建立步驟4.2.1 建立幾何模型如圖4.1.1.1和圖4.1.1.2建立幾何模型，大圓柱體為無(wú)限大空間，小圓柱體為旋轉(zhuǎn)鋁板，其中旋轉(zhuǎn)鋁板直徑為500mm，旋轉(zhuǎn)鋁板厚度為10mm，無(wú)限大空間直徑為5000mm，無(wú)限大空間高度為2000mm圖4.2.1.1 模型主視圖8圖4.2.1.2 模型左視圖84.2.2 建立傳熱模型（1）旋轉(zhuǎn)板頂端絕熱即，故旋轉(zhuǎn)板厚度可忽略；（2）無(wú)內(nèi)熱源；（3）空氣溫度30、旋轉(zhuǎn)板表面溫度70；（4）常物性、

42、穩(wěn)態(tài)913；4.2.3 利用gambit建立計(jì)算模型步驟1：創(chuàng)建工作目錄操作：在計(jì)算機(jī)任一盤符內(nèi)建立一個(gè)新文件夾以英文命名，作為gambit的工作目錄。步驟2：?jiǎn)?dòng)gambit操作：雙擊桌面圖標(biāo)，打開gambit startup窗口。在打開的窗口中點(diǎn)擊browse，打開選擇工作目錄窗口并選中步驟1中建立的文件夾,單擊ok，然后在session id輸入文件名tem，點(diǎn)擊run按鈕，啟動(dòng)gambit工作窗口如圖4.2.3.1所示。在solver下選擇求解器為fluent 5/6。圖4.2.3.1 gambit工作窗口步驟3：創(chuàng)建大圓柱體操作：operationgeometryvolume，彈出“

43、greate real cylinder”對(duì)話框如圖4.2.3.2所示。在“height”欄輸入200，在“radius 1”欄輸入250，在“radius 2”欄輸入250，“axis location”欄選擇“positive z”（即圓柱中心軸沿z軸正方向），其他保持默認(rèn)，點(diǎn)擊“apply”，即創(chuàng)建出大圓柱體，如圖4.2.3.3所示。圖4.2.3.2 圓柱體設(shè)置對(duì)話框 圖4.2.3.3 大圓柱體圖形步驟4：創(chuàng)建小圓柱體操作：operationgeometryvolume，彈出“greate real cylinder”對(duì)話框如圖4.2.3.2所示。在“height”欄輸入5，在“radi

44、us 1”欄輸入25，“axis location”欄選擇“positive z”（即圓柱中心軸沿z軸正方向），其他保持默認(rèn)，點(diǎn)擊“apply”，即創(chuàng)建出小圓柱體，如圖4.2.3.4所示。圖4.2.3.4 創(chuàng)建小圓柱后的圖形 圖4.2.3.5 移動(dòng)小圓柱后的圖形步驟5：移動(dòng)步驟4中創(chuàng)建的小圓柱體操作：operationgeometryvolume，彈出“move/copy volumes”對(duì)話框，在“volumes”欄選取小圓柱，選中move，在“operation”選項(xiàng)中選擇“translate”，在“在z”坐標(biāo)欄輸入247.5，其他保持默認(rèn)，點(diǎn)擊“apply”即完成對(duì)小圓柱體的移動(dòng)，如圖4

45、.2.3.5所示。步驟6:創(chuàng)建中間的圓柱體操作：operationgeometryvolume，彈出“greate real cylinder”對(duì)話框如圖4.2.3.6所示。在“height”欄輸入200，在“radius 1”欄輸入100，“axis location”欄選擇“positive z”（即圓柱中心軸沿z軸正方向），其他保持默認(rèn)，點(diǎn)擊“apply”，即創(chuàng)建出中間圓柱體，如圖4.2.3.6所示。 圖4.2.3.6 創(chuàng)建小圓柱后的圖形 圖4.2.3.7 圓柱體相減對(duì)話框步驟7：從中間圓柱體中減去小圓柱體操作：operationgeometryvolume，彈出“subtract re

46、al volumes”對(duì)話框如圖4.2.3.7所示。點(diǎn)擊“volume”欄右側(cè)黃色區(qū)域，使其激活，按住shift鍵+鼠標(biāo)左鍵選取中間圓柱體，不選retain；點(diǎn)擊“subtract volume”欄右側(cè)黃色區(qū)域，使其激活。按住shift鍵+鼠標(biāo)左鍵選取小圓柱體，不選retain；最后點(diǎn)擊“apply”即完成實(shí)體的相減。步驟8：觀看及檢查旋轉(zhuǎn)板計(jì)算模型通過上面的步驟，旋轉(zhuǎn)板計(jì)算模型已經(jīng)完成，通過選取使各部分實(shí)體顯示出紅色以檢查其是否正確。最終實(shí)體圖如圖4.2.3.8（正視）、圖4.2.3.9（前視）及圖4.2.3.10（三維）所示1011。圖4.2.3.8旋轉(zhuǎn)板計(jì)算模型正視圖 圖4.2.3.9旋

47、轉(zhuǎn)板計(jì)算模型前視圖 圖4.2.3.10旋轉(zhuǎn)板計(jì)算模型三維視圖4.2.4 利用gambit對(duì)計(jì)算區(qū)域劃分網(wǎng)格步驟1：對(duì)小圓柱體劃分面網(wǎng)格操作：operationmeshedge,彈出“mesh edges”設(shè)置對(duì)話框如圖4.2.4.1所示。點(diǎn)擊edges右側(cè)黃色區(qū)域,用shift+鼠標(biāo)左鍵選中小圓柱的兩個(gè)圓周邊緣線；在“spacing”欄選擇interval size并填入1；保留其他默認(rèn)設(shè)置，點(diǎn)擊“apply”。然后operationmeshfaces，設(shè)置對(duì)話框如圖4.2.4.2所示。再選中小圓柱的上下表面，在“elements”欄選擇“tri”項(xiàng)；“type”欄選擇“pave”項(xiàng)；在“sp

48、acing”選項(xiàng)后不選“apply”，保留其他默認(rèn)設(shè)置，點(diǎn)擊“apply”則小圓柱體的上下表面網(wǎng)格劃分完成。再選中小圓柱的側(cè)面，保留其他與前面相同的設(shè)置，點(diǎn)擊“apply”則掏空的小圓柱體的側(cè)面網(wǎng)格劃分完成。效果如圖4.2.4.3所示。圖4.2.4.1 圖 4.2.4.2 圖 4.2.4.3步驟2：對(duì)中間圓柱體劃分網(wǎng)格操作：operationmeshedge,彈出“mesh edges”設(shè)置對(duì)話框如圖4.2.4.1所示。點(diǎn)擊edges右側(cè)黃色區(qū)域,用shift+鼠標(biāo)左鍵選中中間圓柱的兩個(gè)圓周邊緣線；在“spacing”欄選擇interval size并填入5；保留其他默認(rèn)設(shè)置，點(diǎn)擊“apply

49、”。然后operationmeshfaces，再選中中間圓柱的側(cè)面，在“elements”欄選擇“tri”項(xiàng)；“type”欄選擇“pave”項(xiàng)；在“spacing”選項(xiàng)后不選“apply”，保留其他默認(rèn)設(shè)置，點(diǎn)擊“apply”則中間圓柱體的側(cè)面網(wǎng)格劃分完成。再operationmeshvolume,彈出“mesh volumes”設(shè)置對(duì)話框如圖4.2.4.4所示。點(diǎn)擊volumes右側(cè)黃色區(qū)域,用shift+鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)擊中間圓柱體任意邊緣線，選中掏空的中間圓柱實(shí)體，“elements”選項(xiàng)選擇tet/hybrid，“type”選項(xiàng)選擇tgrid，spacing選項(xiàng)不選，保留其他默認(rèn)設(shè)置，點(diǎn)擊“

50、apply”則掏空的中間圓柱體的體網(wǎng)格劃分完成。效果如圖4.2.4.5所示。圖4.2.4.4 圖4.2.4.5網(wǎng)格效果圖步驟3：對(duì)大圓柱體劃分網(wǎng)格操作：operationmeshedge,彈出“mesh edges”設(shè)置對(duì)話框如圖4.2.4.1所示。點(diǎn)擊edges右側(cè)黃色區(qū)域,用shift+鼠標(biāo)左鍵選中大圓柱的兩個(gè)圓周邊緣線；在“spacing”欄選擇interval size并填入10；保留其他默認(rèn)設(shè)置，點(diǎn)擊“apply”。然后operationmeshfaces，再選中大圓柱的側(cè)面，在“elements”欄選擇“tri”項(xiàng)；“type”欄選擇“pave”項(xiàng)；在“spacing”選項(xiàng)后不選“

51、apply”，保留其他默認(rèn)設(shè)置，點(diǎn)擊“apply”則大圓柱體的側(cè)面網(wǎng)格劃分完成。再operationmeshvolume,彈出“mesh volumes”設(shè)置對(duì)話框如圖4.2.4.4所示。點(diǎn)擊volumes右側(cè)黃色區(qū)域,用shift+鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)擊大圓柱體任意邊緣線，選中掏空的中間圓柱實(shí)體，“elements”選項(xiàng)選擇tet/hybrid，“type”選項(xiàng)選擇tgrid，spacing選項(xiàng)不選，保留其他默認(rèn)設(shè)置，點(diǎn)擊“apply”則掏空的中間圓柱體的體網(wǎng)格劃分完成。效果如圖4.2.4.6。圖4.2.4.6 網(wǎng)格效果圖步驟3：檢查網(wǎng)格劃分情況操作：點(diǎn)擊位于右下角的圖標(biāo)，彈出“examine mes

52、h”對(duì)話框如圖4.2.4.7所示。(1)在display type(顯示類型)欄選擇plane(平面)；然后在下面選擇3d element選項(xiàng)后的所有選項(xiàng)；在quality type(大小類型)欄選擇“equiangle skew”項(xiàng)。(2)在下面的“global control”中選取坐標(biāo)視圖,在“cut orientation”欄用鼠標(biāo)左鍵拖動(dòng)x軸滑塊，則會(huì)顯示不同x平面上的網(wǎng)格，如圖4.2.4.8所示。(3)在下面的“global control”中選取坐標(biāo)視圖,在“cut orientation”欄，用鼠標(biāo)左鍵拖動(dòng)y軸滑塊，則會(huì)顯示y平面上的網(wǎng)格，如圖4.2.4.9所示。(4)在下面的

53、“global control”中選取坐標(biāo)視圖,在“cut orientation”欄，用鼠標(biāo)左鍵拖動(dòng)z軸滑塊，則會(huì)顯示z平面上的網(wǎng)格，如圖4.2.4.10所示。(5)在display type項(xiàng)選擇range，點(diǎn)擊對(duì)話框下部的滑塊可選擇現(xiàn)實(shí)的比例及大小。(6)點(diǎn)擊close關(guān)閉網(wǎng)格檢查對(duì)話框。圖4.2.4.7 圖4.2.4.8 圖4.2.4.9 圖4.2.4.104.2.5 利用gambit設(shè)置邊界類型步驟1：關(guān)閉網(wǎng)格顯示關(guān)閉網(wǎng)格顯示可以使邊界更加清晰，以便進(jìn)行邊界類型的設(shè)置5。操作：點(diǎn)擊右下角“global control”中的圖標(biāo)，彈出“specify display attribute

54、s”對(duì)話框，在“mesh”項(xiàng)選擇“off”，如圖4.2.5.1所示，點(diǎn)擊“apply”即完成網(wǎng)格的隱藏。圖4.2.5.1視圖顯示對(duì)話框 圖4.2.5.2邊界類型對(duì)話框步驟2：設(shè)置邊界類型操作1：operationzones，彈出“specify boundary types”對(duì)話框如圖4.1.5.2所示。(1)設(shè)置大圓柱體左底面為壓力入口：在“action”欄選擇“add”；在“name”欄的文本框內(nèi)填入邊界的名稱“inlet”；接著在“type”下拉列表中選擇“pressure-inlet”；點(diǎn)擊“entity”欄“faces”右側(cè)黃色區(qū)域，再shift+鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)擊大圓柱體左底面邊界線，選

55、中左底面，如圖4.2.5.3所示；最后點(diǎn)擊“apply”完成。(2)設(shè)置大圓柱體右底面為壓力出口：在“name”欄的文本框內(nèi)填入邊界的名稱“outlet”；接著在“type”下拉列表中選擇“pressure-outlet”；點(diǎn)擊“entity”欄“faces”右側(cè)黃色區(qū)域，再shift+鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)擊大圓柱體右底面邊界線，選中右底面，如圖4.2.5.4所示；最后點(diǎn)擊“apply”完成。(3)設(shè)置大圓柱體為固壁邊界：在“name”欄的文本框內(nèi)填入邊界的名稱“wall-1”；接著在“type”下拉列表中選擇“wall”；點(diǎn)擊“entity”欄“faces”右側(cè)黃色區(qū)域，再用shift+鼠標(biāo)左鍵選取大圓柱體的側(cè)面，如圖4.2.5.5所示；最后點(diǎn)擊“apply”完成。(4)設(shè)置大小圓柱體為固壁邊界：在“name”欄的文本框內(nèi)填入邊界的名稱“wall-3”；接著在“type”下拉列表中選擇“wall”；點(diǎn)擊“entity”欄“faces”右側(cè)黃色區(qū)域，再用sh