流熱仿真課后作業(yè)

1、第一章計算流體動力學(xué)的基本任務(wù)是什么答：計算流體動力學(xué)，簡稱CFD,是通過計算機數(shù)值汁算和圖像顯示，對包含流體流動和熱 傳導(dǎo)等相關(guān)物理現(xiàn)象的系統(tǒng)所做的分析。CFD可以看作是在流動基本方程（質(zhì)量守恒方程、 動量守恒方程、能量守恒方程）控制下對流動的數(shù)值模擬。通過這種模擬我們可以得到極其 復(fù)雜問題的流場內(nèi)各個位置上的基本物理量（如速度、壓力、溫度、濃度）的分布，以及這 些物理疑隨時間的變化，確泄漩渦分布的特性、空化特性及脫流區(qū)等。什么叫控制方程常用的控制方程有哪幾個各用在什么場合答：（1）流體流動要受物理守恒泄律的支配，基本的守恒定律包括：質(zhì)量守恒定律、動量守 恒定律、能量守恒泄律。如果流動包含了

2、不同組分的混合成相互作用系統(tǒng)，還要遵守組分守 恒定律，而控制方程是這些守恒組分守恒泄律，而控制方程是這些守恒左律的數(shù)學(xué)描述。（2）質(zhì)量守恒方程：任何流動問題都必須滿足：動量守恒方程：任何流動系統(tǒng)都 必須滿足；能疑守恒方程：包含有熱交換的流動系統(tǒng)必須滿足。試寫岀變徑圓管內(nèi)液體流動的控制方程及其邊界條件（假定沒有熱交換），并寫出用CFD來 分析時的求解過程。注意說明控制方程如何使用。第二章什么叫離散化意義是什么常用的離散化方法有哪些各有何特點簡述有限體積法的基本思想，說明其使用的網(wǎng)格有何特點簡述瞬態(tài)問題與穩(wěn)態(tài)問題之控制方程的區(qū)別，說明在時間域上離散控制方程的基本思想及方 法分析比較中心差分格式、一

3、階迎風(fēng)格式、混合格式、指數(shù)格式、二階迎風(fēng)格式、QUICK格式 各自的特點及使用場合第四章湍流流動的特征是什么答：Reynolds數(shù)值大于臨界值，流動呈現(xiàn)無序的混亂狀態(tài)。這時，即使邊界條件保持不變， 流動也是不穩(wěn)定的，速度等流動特性都隨機變化。三維湍流數(shù)值模擬的方法分類答：直接數(shù)值模擬方法、非直接數(shù)值模擬方法。標(biāo)準(zhǔn)k-£模型方程的解法及適用性Realizable K £模型的適用模型答：Realizable K- £模型已被有效地用于各種不同類型的流動模擬，包括旋轉(zhuǎn)均勻剪切流、 包含有射流、混合流的自由流動、管道內(nèi)流動、邊界層流動、以及帶有分離的流動等。LES方法的

4、基本思想如何它與DNS方法有怎樣的聯(lián)系和區(qū)別它的控制方程組與時均化方法的 控制方程有什么異同答：（l）LES方法的主要思想是：用瞬時的N-S方程直接模擬湍流中的大尺度渦，不直接模 擬小尺度渦，而小渦對大渦的影響通過近似的模型來考慮。（2）LES和DNS是湍流數(shù)值模擬常用的方法,DNS是直接用瞬時的N-S方程對湍流進(jìn)行計算， 最大好處是無需對湍流流動作任何簡化或近似，理論上可以得到相對精確的訃算結(jié)果，是直 接數(shù)值模擬方法，而LES是非直接數(shù)值模擬方法，同時，DNS對內(nèi)存空間及汁算速度的要求 高于LESo（3）LES方法的控制方程組不考慮脈動對湍流運用的影響，將湍流運動看作是時間上的平 均流動而D

5、NS考察脈動的影響，把湍流運動看作是時間平均流動和瞬時脈動流動的疊加。 簡述標(biāo)準(zhǔn)K £模型的基本思想及相應(yīng)的控制方程組，說明如何解決湍流應(yīng)力的汁算問題 答：（1）基本思想：在關(guān)于湍動能K的方程基礎(chǔ)上，再引入一個關(guān)于湍動耗散率£的方程， 形成K£兩方程模型。（2）控制方程組：見課本P121的和公式。（3）如何計算問題：在標(biāo)準(zhǔn)K£模型中，對于Keynolds應(yīng)力各個分邕 假泄粘度系數(shù)Mt 是相冋的，即假立是各向同性的標(biāo)呈:。而在彎曲流線情況下，湍流是各向異性的，Mt應(yīng) 該是各項異性的張量。簡述什么是高Re數(shù)湍流模型。試對標(biāo)準(zhǔn)K£模型、低Re數(shù)K&#

6、163;模型、RNG K£模型、 Realizable K£模型、Reynolds應(yīng)力方程模型、代數(shù)應(yīng)力方程模型等多種不同層次的湍 流模型，綜合處理近壁區(qū)湍流的數(shù)值方法。答：（1）高R亡數(shù)湍流模型：流體試驗表明，當(dāng)Reynolds數(shù)小于某一臨界值時，流動是平滑 的相鄰的流體層被彼此有序地流動，這種流動稱作層流；當(dāng)Reynolds數(shù)大于臨界值時，會 出現(xiàn)一系列復(fù)雜的變化，最后導(dǎo)致，流動特征的本質(zhì)變化，流動呈現(xiàn)無序的混亂狀態(tài)，這時， 即使是邊界條件保持不變，流動也是不穩(wěn)定的，速度等流動特征都隨機變化，這種狀態(tài)稱為 湍流，相對于湍流問題的結(jié)局建立的方程即為髙R亡數(shù)湍流模型。（2）

7、高Re數(shù)的湍流計算模型是針對湍流發(fā)展非常充分的湍流流動來建立的。在近壁區(qū) 內(nèi)的流動，湍流發(fā)展并不充分，湍流的脈動彫響可能不如分子黏性的影響大，在更近而底層 內(nèi)，流動可能處于層流狀態(tài)，故，對Re數(shù)較低的流動使用上述建立的K£模型計算，就 會出現(xiàn)問題。于是用壁而函數(shù)法或采用低Re數(shù)的模型。以低Re數(shù)K£模型為例：對髙Re 數(shù)K£模型進(jìn)行修改：控制方程擴散系數(shù)同時包括湍流擴散系數(shù)與分子擴散系數(shù)兩部分。 考慮不同流態(tài)影響。壁而附近湍動能的耗散不是各向同性的。在此基礎(chǔ)上寫Re數(shù)K- £模型的運輸方程。自己選擇或設(shè)計一個平而湍動射流問題或英他類似的湍流問題，寫出用R

8、NG K- £模型計算 該流程的控制方程及其邊界條件，說明用數(shù)值方法求解控制方程組的步驟。第五章什么叫邊界條件有何物理意義它與初始條件有什么關(guān)系 答：（1）邊界條件是在求解區(qū)域的邊界上所求解的變量或英導(dǎo)數(shù)隨時間和地點的變化規(guī)律。（2）對于任何問題，都需要給左邊界條件。（3）初始條件是所研究對象在過程開始時刻兔 個求解變量的空間分布情況，對于瞬態(tài)問題，必須給泄初始條件，穩(wěn)態(tài)問題，則不用給左。 對于邊界條件與初始條件的處理，直接影響計算結(jié)果的精度。常用的邊界條件有哪些請自己設(shè)訃一個或幾個物理問題，將這些邊界條件全部用到。答：（1）常用的邊界條件包括：進(jìn)口邊界、出口便捷：速度進(jìn)口、壓力進(jìn)口

9、、質(zhì)量進(jìn)口、 出流、壓力岀口、壓力遠(yuǎn)場、進(jìn)風(fēng)口、排風(fēng)口、進(jìn)氣扇、排氣扇。壁而、重復(fù)、軸類邊界： 壁面、對稱、周期、軸。內(nèi)部單元區(qū)域：流體、固體。內(nèi)部表面邊界：風(fēng)扇、散熱器、 多孔介質(zhì)階躍、內(nèi)部界而。第六章網(wǎng)格在CFD計算中有怎樣的作用對計算結(jié)果有什么樣的影響 答：（1）網(wǎng)格是CFD模型的幾何表達(dá)形式，也是模擬與分析的載體。（2）網(wǎng)格質(zhì)疑對CFD 計算精度和計算效率有重要影響，對于復(fù)雜的CFD問題，網(wǎng)格生成極為耗時，且極易出錯， 生成網(wǎng)格所需時間常常大于實際CFD計算的時間。常用的網(wǎng)格類型有哪些各有什么優(yōu)缺點各在什么場合下使用答：（1）網(wǎng)格類型有結(jié)構(gòu)網(wǎng)格和非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格。（2）結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的網(wǎng)格中帶節(jié)點

10、，排列有序，鄰 點的關(guān)系明確，對于復(fù)雜的幾何區(qū)域結(jié)構(gòu)網(wǎng)格是分塊構(gòu)造的；非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格的網(wǎng)格中肖點的位 置無法用一個固左的法則予以有序地命名，網(wǎng)格的生成過程比較復(fù)雜，但卻有著極好的適應(yīng) 性，尤其對于具有復(fù)雜邊界條件的流場il算問題特別有效。非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格一般通過專門的程序 或軟件來生成。常用的二維及三維單元有哪些與網(wǎng)各類型的對應(yīng)關(guān)系是什么各處的特點是什么答：在結(jié)構(gòu)網(wǎng)格中，常用的2D網(wǎng)格單元是四邊形單元，3D網(wǎng)格單元是六而體單元。在非結(jié) 構(gòu)網(wǎng)格中，常用的2D網(wǎng)格單元還有三角形單元,3D網(wǎng)格單元還有四面體單元和五而體單元。 為何在劃分網(wǎng)格后，還要指立邊界類型和區(qū)域類型常用的邊界類型和區(qū)域類型有哪些各用在 什

11、么條件下答：（1）因為CFD求解器定義了多種不同的邊界，如壁面邊界、進(jìn)口邊界、對稱邊界等，因 此在GAMBIT中需要先指左所使用的求解器爼稱，然后指肚網(wǎng)格模型中各邊界的類型，如果 模型中包含有多個區(qū)域，如同時有流體區(qū)域和固體區(qū)域，或者是動靜聯(lián)合計算中兩個流體區(qū) 域的運動不同，那么必須指定區(qū)域的類型和邊界，將各區(qū)域區(qū)分開來。（2）®每一種求解器都提供了多種類型的邊界，如FLUENT中提供了 WALL（壁面）.OUTLET（岀 口）、SYSMETRY （對稱面）等10多種邊界，一般情況下各邊界的類型需要逐個指泄，只有當(dāng) 多條邊界的類型和邊界值完全相同時才可以一起指泄，否則在FLUENT中

12、沒法區(qū)分。許多 CFD求解器提供了 Fluid （流體）和Solid （固體）兩種區(qū)域類型。若網(wǎng)格模型中包含有多 個區(qū)域時，需要分別為每個區(qū)域指立類型，如果模型中只有一個面或者一個體，可以不指左 區(qū)域。三維問題與二維問題的網(wǎng)格劃分有哪些地方是不一樣的答：（1）二維問題對應(yīng)的是而網(wǎng)格，網(wǎng)格劃分需要指左的是而，而三維問題對應(yīng)的是體網(wǎng)格， 網(wǎng)格劃分時需要指立的是體。（2）兩者的網(wǎng)格單元和網(wǎng)格類型不盡相同，在三維問題中常用 的網(wǎng)格單元包括Hex （六面體）、Hex/wedge（網(wǎng)格主要由六而體組成，個別位置允許有楔形 體）、Tex/Hybrid （網(wǎng)格主要由四面體組成，個別位置可以有六而體、錐形體或楔

13、形體）；常 用的網(wǎng)格類型：Map （規(guī)則）、Submap （塊）、cooper （非結(jié)構(gòu)）、T-Grid（混合）等。二維網(wǎng)格 單元由三種:Quad （只包括四邊形）、Tri （三角形）、Quad/Tri （主區(qū)域）:二維的網(wǎng)格類型 有：Map、 Submap、 Puve、 Tri-Primitive、 wedgePrimitive 共 5 種。如何評價網(wǎng)格模型的質(zhì)量答：EquiSize Skew （尺寸扭曲率）和EquiAngle Skew （角度扭曲率）是評判網(wǎng)格質(zhì)量最主 要標(biāo)準(zhǔn)，其值越小，網(wǎng)格質(zhì)雖:越高。一般來說，F(xiàn)luent要求扭曲率3D小于，2D小于。 第七章FLUENT的主要功能包括

14、哪些答：主要功能包括：導(dǎo)入網(wǎng)格模型、提供計算的物理模型、施加邊界條件和材料特性、求解 和后處理。FLUENT提供了哪些主要計算模型各用在什么場合下答：（1）多相流模型：V0F模型：流體噴射、流體中大泡運動、流體大壩壩口流動、氣液 截而及穩(wěn)定和瞬態(tài)處理等；©Mixture模型：模擬各相有不同速讀的多相流；Eolerian 模型：模擬多相分流及相互作用的相。（2）黏性模型：Inviscid模型：進(jìn)行無黏訃算；Laminar模型：用層流的模型進(jìn)行流 動模擬：Spalart-Allmarasd eqn）模型：用于求解動力渦黏輸運方程的相對簡單的一種： K-epsilon（2 eqn）模型：用

15、K-£雙方程模型進(jìn)行湍流計算；K-omege （2 eqn）模型：用 K-3雙方程模型進(jìn)行湍流計算;Reynolds Stress模型：使用Reynolds應(yīng)力模型（RSM） 進(jìn)行湍流計算：©Large Eddy Simulation模型：三維問題，大渦模擬（LES）進(jìn)行湍流計 算。（3）輻射模型：火焰輻射傳熱、表面輻射換熱、導(dǎo)熱、對流與輻射的耦合問題，采暖、通 風(fēng)、空調(diào)中通過窗口的輻射換熱及汽車車廂的傳熱分析、玻璃加工及玻璃纖維拉拔和陶器的 加工等。（4）組分模型：用于對化學(xué)組分的輸運和燃燒等化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行模擬。（5）離散相模型：用Lagrangian公式汁算離散相的運動軌

16、跡，預(yù)測連續(xù)相中由于湍流渦旋 作用而對顆粒造成的影響，離散相加熱或冷卻、液滴蒸發(fā)與沸騰、液體迸裂與合并、模擬煤 粉燃燒以及連續(xù)相與離散相相同的耦合等。（6）污染物模型：用以模擬NOX及煙灰形成過程。何時需要使用能量方程答：對研究的流動問題考慮熱交換、黏性生熱時需要使用能量方程。何為流體區(qū)域和固體區(qū)域為何要使用區(qū)域的槪念FLUENT怎樣使用區(qū)域答：（1）流體區(qū)域時一個單元組，即一個區(qū)域，在設(shè)置流體區(qū)域時，允許設(shè)置熱、質(zhì)量、 動量、湍動能、組分以及其他標(biāo)量型變疑的源項，有關(guān)數(shù)據(jù)通過Fluid對話框輸入：固體 區(qū)域也是一個單元組，用來進(jìn)行傳熱求解汁算，不進(jìn)行任何流動計算。固體區(qū)域僅需要輸入 Soli

17、d類型的材料名稱，允許設(shè)定熱的體積源項或指立溫度為立值，同時還可指左區(qū)域的運 動方式。（2） Fluent中使用區(qū)域的槪念，主要是為了區(qū)分分塊網(wǎng)格生成，邊界條件的泄義 寺寺;在FLUENT中，材料包含哪些屬性用在何處如何使用FLUENT數(shù)據(jù)庫中已立義好的材料 答：（1）在FLUENT中常用的材料包括Fluid（流體）和Solid（固體）兩種。Fluid材料包含的 屬性有：密度或分子量、粘度、比熱容、熱傳導(dǎo)系數(shù)、質(zhì)量擴散系數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)焰、分子運 動論參數(shù)。（2） Solid材料只有密度、比熱容和熱傳導(dǎo)系數(shù)屬性。（3）使用材料而板修改材 料屬性，在材料類型下拉菜單中選擇材料類型：在流體、固體或其它

18、材料下拉菜單中選 擇你所需要修改屬性的材料；修改相關(guān)屬性：點擊改變/創(chuàng)建按鈕將所選擇的材料屬性 改變?yōu)樾碌膶傩?。常用的邊界條件包含哪些周期性邊界條件和對稱性邊界條件如何使用答：（1）常用的邊界條件包括：進(jìn)口邊界、岀口邊界：速度進(jìn)口、壓力進(jìn)口、質(zhì)量進(jìn)口、 出流、壓力岀口、壓力遠(yuǎn)場、進(jìn)風(fēng)口、排風(fēng)口、進(jìn)氣扇、排氣扇。壁而、重復(fù)、軸類邊界： 壁面、對稱、周期、軸。內(nèi)部單元區(qū)域：流體、固體。內(nèi)部表而邊界：風(fēng)扇、散熱器、 多孔介質(zhì)階躍、內(nèi)部界面。（2）周期性邊界條件用于所計算的物理幾何模型和所期待的流動的解具有周期性重 復(fù)的情況，通過Periodic對話框設(shè)置周期性邊界條件；對稱邊界條件用于物理外形及所 期望的流動的解具有鏡像對稱特征的情況，也可用來描述黏性流動中的零滑移壁面。分析各種空間離散格式對解的影響及其適用性答:擴散方程的擴散項一般采用中心差分格式離散,對流項可采用多種不同的格式進(jìn)行離散。 黏性項總是自動地使用二階精度的離散格式。默認(rèn)情況下，當(dāng)使用分離式求解器時，所有方 程中對流項均用一階迎風(fēng)格式離散