引射式冷熱水混流器流動分析(三維)

1、燕 山 大 學(xué) 專 業(yè) 綜 合 訓(xùn) 練 說 明 書燕山大學(xué)專 業(yè) 綜 合 訓(xùn) 練 說 明 書題目：引射式冷熱水混流器流動分析（三維） 學(xué)院（系）： 年級專業(yè)： 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師： 李 教師職稱： 講 師 目錄一、設(shè)計(jì)任務(wù)和要求 - 2二、設(shè)計(jì)依據(jù)和設(shè)計(jì)原則 - 2三、設(shè)計(jì)方案論述（）建立仿真模型并對網(wǎng)格進(jìn)行設(shè)定和劃分 - 2（）設(shè)置邊界類型 - 3（）啟動Fluent，讀入網(wǎng)格文件 - 3() 求解器參數(shù)設(shè)置及邊界條件設(shè)置 - 3（）設(shè)置求解器控制參數(shù) - 4（）圖像處理 - 5四、綜合訓(xùn)練心得體會 - 8 引射式冷熱水混流器流動分析（三維）一、設(shè)計(jì)任務(wù)和要求在本次的綜合訓(xùn)練中，我做的項(xiàng)目是

2、引射式冷熱水混流器流動分析，即冷水自左側(cè)管道入口流入，經(jīng)漸縮管道后，速度加快，同時壓強(qiáng)降低，在管道喉部產(chǎn)生真空，將熱水管道中的熱水吸入主管道，冷熱水混合后，經(jīng)右側(cè)管道流出，分析此過程中混流器的壓力、速度、溫度等參數(shù)的分布情況。二、設(shè)計(jì)依據(jù)和設(shè)計(jì)原則本結(jié)構(gòu)屬于文丘里管類型，設(shè)冷水入口處壓強(qiáng)、流速、喉部壓強(qiáng)、流速、出口處壓強(qiáng)、收縮段、漸擴(kuò)段局部損失系數(shù)，不計(jì)沿程損失，根據(jù)伯努利方程和連續(xù)性方程，考慮到出口壓強(qiáng)為0，冷水流入速度為1m/s，在有熱水支管的情況下，得到冷水入口壓強(qiáng)7142Pa，喉部平均壓強(qiáng)-1074Pa，出口平均溫度約為304.9K，且流量最后滿足質(zhì)量守恒定律。三、設(shè)計(jì)方案論述 （）建

3、立仿真模型并對網(wǎng)格進(jìn)行設(shè)定和劃分在進(jìn)行模擬數(shù)值計(jì)算及分析參數(shù)變化之前，先建立三維仿真模型。建模時還分為建立冷水流入管道、出口管道、熱水流入管道、漸縮管，首先創(chuàng)建圓柱型管道，然后創(chuàng)建兩個不同的圓錐型管道，通過體的平移組成漸縮管道，同樣的方法創(chuàng)建進(jìn)口和出口管道、熱水流入管道，通過平移組合起來，完成了初步的建模，還必須有一步關(guān)鍵步驟，那就是分割管路，把六個體構(gòu)成一個流動區(qū)域，合并成一個整體，考慮到喉部附近網(wǎng)格應(yīng)該分得密一些，還需把整體進(jìn)行切割。這樣混流器的模型才算真正建立成功了，最終的建模結(jié)果如下：圖1 混流器模型（）設(shè)置邊界類型確定邊界類型是必不可少的關(guān)鍵步驟，設(shè)置冷水入口邊界名為inlet_co

4、ld，熱水入口邊界名為inlet_hot，混合水出口邊界名為outlet，輸出并保存網(wǎng)格文件。（）啟動Fluent，讀入網(wǎng)格文件完成以上基本步驟之后，啟動Fluent-3d，讀入網(wǎng)格文件，進(jìn)行網(wǎng)格檢查、確定長度單位以及網(wǎng)格光滑處理等步驟。（）求解器參數(shù)設(shè)置及邊界條件設(shè)置計(jì)算模型及設(shè)置邊界條件時啟動能量方程后要選擇紊流模型，選取水為流體材料，假設(shè)水為不可壓縮流體，密度為1000kg/m3，黏性為0.001。因?yàn)榇四Ｐ烷_口較多，所以需要對邊界條件進(jìn)行多項(xiàng)設(shè)置，確定流域內(nèi)的流體材料為水。對冷水入口邊界設(shè)置，溫度為300K，速度為1m/s，紊流強(qiáng)度為1%，水力直徑為2cm；對熱水入口邊界設(shè)置，溫度為3

5、60K，紊流強(qiáng)度為1%，水力直徑為0.8cm；對冷熱水混合后的出口邊界條件設(shè)置，溫度為300K，紊流強(qiáng)度為1%，水力直徑為2cm；固壁邊界條件保留默認(rèn)設(shè)置。（）設(shè)置求解器控制參數(shù)設(shè)置求解器控制參數(shù)，選擇默認(rèn)求解設(shè)置，初始化流場，以使計(jì)算盡快地達(dá)到收斂，它僅僅是一個猜測值，設(shè)置殘差檢測器，利用迭代計(jì)算的方法，設(shè)置迭代的最大次數(shù)1000，經(jīng)過約578次迭代后殘差收斂。殘差是個通量之和，當(dāng)收斂后，理論上當(dāng)單元內(nèi)沒有源項(xiàng)使各個面流入的通量也就是對物理量的輸運(yùn)之和應(yīng)該為零。最大殘差或者RSM殘差反映流場與所要模擬流場（只收斂后應(yīng)該得到的流場，當(dāng)然收斂后得到的流場與真實(shí)流場之間還是存在一定的差距）的殘差，

6、殘差越小越好，由于存在數(shù)值精度問題，不可能得到0殘差，對于單精度計(jì)算一般應(yīng)該低于初始?xì)埐?e-03以下才好，當(dāng)注意具體情況，看各個項(xiàng)的收斂情況（比方說連續(xù)項(xiàng)不易收斂而能量項(xiàng)容易）。 一般在FLUENT中可以進(jìn)行進(jìn)出口流量監(jiān)控，當(dāng)殘差收斂到一定程度后，還要看進(jìn)出口流量是否穩(wěn)定平衡，才可確定收斂與否（翼型計(jì)算時要監(jiān)控升阻力的平衡）。 殘差在較高位震蕩，需要檢查邊界條件是否合理，其次檢查初始條件是否合理，必如激波的流場，初始條件的不合適會造成流場的振蕩。有時流場可能有分離或者回流，這本身是非定?，F(xiàn)象，計(jì)算時殘差會在一定程度上發(fā)生振蕩，這是如果進(jìn)出口流量是否達(dá)到穩(wěn)定平衡，也可以認(rèn)為流場收斂。以下是通過

7、fluent求解得到的殘差監(jiān)測曲線和出口截面平均溫度監(jiān)測曲線： 圖2 殘差監(jiān)測曲線圖 圖3 出口截面平均溫度監(jiān)測曲線 通過對殘差監(jiān)測曲線圖的分析，可以明顯的看到計(jì)算后的殘差低于初始?xì)埐?e-03，當(dāng)殘差收斂到一定程度后出口流量較為平衡，故而此流場收斂。（）圖像處理對于三維流動來說，需要用某些特殊面上的流動狀態(tài)來顯示整個流動的特征，這就需要先創(chuàng)建這些面，故創(chuàng)建z=0的平面，其壓力分布、速度分布、溫度分布如下圖所示：z=0平面上的壓力分布云圖如下所示：圖4 壓力分布云圖 z=0平面上的速度分布云圖如下所示：圖5 速度分布云圖z=0平面上的溫度分布云圖如下所示：圖6 溫度分布云圖為了作進(jìn)一步的對比，

8、顯示出冷水入口和熱水入口流入質(zhì)點(diǎn)的流線、熱水管內(nèi)的流體質(zhì)點(diǎn)軌跡，如圖所示：冷水入口和熱水入口流入質(zhì)點(diǎn)的流線：圖7 冷水入口和熱水入口流入質(zhì)點(diǎn)的流線熱水管內(nèi)的流體質(zhì)點(diǎn)軌跡：圖8 熱水管內(nèi)的流體質(zhì)點(diǎn)軌跡四、綜合訓(xùn)練心得體會為了提高我們的綜合能力，鞏固已經(jīng)學(xué)過的專業(yè)知識， 為以后的學(xué)習(xí)工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，學(xué)校為我們安排了為期四周的專業(yè)綜合訓(xùn)練課程。綜合訓(xùn)練中，我們主要是學(xué)習(xí)一些與專業(yè)相關(guān)的應(yīng)用軟件，我主要學(xué)習(xí)了Fluent軟件，并用Fluent軟件完成了此次訓(xùn)練任務(wù)。在訓(xùn)練中，我做的是運(yùn)用Fluent軟件對引射式冷熱水混流器流動進(jìn)行三維數(shù)值模擬。在訓(xùn)練初期，我對于軟件不是很了解，也不能很清楚的理解訓(xùn)

9、練題目，遇到了很多困難。在老師和同學(xué)們的幫助下，我對Fluent軟件有了一定的了解，同時我還查閱了許多相關(guān)的書籍，從中學(xué)到了很多知識。在練習(xí)了一些簡單的模型以后，我對軟件已經(jīng)比較熟悉，在此基礎(chǔ)上，我順利完成了我的訓(xùn)練任務(wù)。參加訓(xùn)練的過程中，我還用到了以前的流體力學(xué)、傳熱學(xué)等專業(yè)知識，通過訓(xùn)練，我的專業(yè)知識方面也有了很大的提高，并且能夠綜合運(yùn)用這些知識，這對于我以后的發(fā)展有很大的幫助。同時，我深刻感受到理論要與實(shí)踐相結(jié)合。通過綜合訓(xùn)練，我受益匪淺，我所學(xué)的知識是有限的，我以后會努力學(xué)習(xí)更多的專業(yè)知識，并應(yīng)用到實(shí)際學(xué)習(xí)中，使自己有所進(jìn)步。最后感謝老師的耐心指導(dǎo)。思考研究：1.何為殘差？殘差為多少時

10、計(jì)算結(jié)果比較精確可靠？答：殘差是個通量之和，當(dāng)收斂后，理論上當(dāng)單元內(nèi)沒有源項(xiàng)使各個面流入的通量也就是對物理量的輸運(yùn)之和應(yīng)該為零。最大殘差或者RSM殘差反映流場與所要模擬流場（只收斂后應(yīng)該得到的流場，當(dāng)然收斂后得到的流場與真實(shí)流場之間還是存在一定的差距）的殘差，殘差越小越好，由于存在數(shù)值精度問題，不可能得到0殘差，對于單精度計(jì)算一般應(yīng)該低于初始?xì)埐?e-03以下才好，當(dāng)注意具體情況，看各個項(xiàng)的收斂情況（比方說連續(xù)項(xiàng)不易收斂而能量項(xiàng)容易）。2.對待三維流動，圖像應(yīng)怎樣分析處理才能讓其顯示整體的流動特征？答：需要用某些特殊面上的流動狀態(tài)來顯示整個流動的特征，故先要創(chuàng)建這些面，進(jìn)而來分析其壓力分布、速

11、度分布、溫度分布等。3.fluent軟件所包含的物理模型主要有那些？答：包含無粘流、層流、湍流等模型，其中湍流模型包含Spalart-Allmaras模型、k-模型組、k-模型組、雷諾應(yīng)力模型(RSM)組、大渦模擬模型(LES)組以及最新的分離渦模擬(DES)和V2F模型等。另外用戶還可以定制或添加自己的湍流模型。4.雷諾數(shù)的意義？答：流體運(yùn)動中慣性力對黏滯力比值的無量綱數(shù)Re=UL/ 。其中U為速度特征尺度，L為長度特征尺度，為運(yùn)動學(xué)黏性系數(shù)。表征流體運(yùn)動中黏性作用和慣性作用相對大小的無因次數(shù)。11綜合訓(xùn)練評審意見表指導(dǎo)教師評語：（1）任務(wù)完成情況：按照任務(wù)書要求（很好、比較好、一般、較差）完成規(guī)定的任務(wù)量；（2）紀(jì)律、態(tài)度：工作作風(fēng)（特別、比較、不夠）嚴(yán)謹(jǐn)扎實(shí)；工作（非常、比較、不夠）努力；（3）分析與解決問題的能力：（能、基本能、不能）運(yùn)用所學(xué)知識和技能去發(fā)現(xiàn)與解決實(shí)際問題；（4）綜合訓(xùn)練論文質(zhì)量：文字通順，編號齊全、書寫工整規(guī)范；圖表完備、符號統(tǒng)一、整潔、正確，技術(shù)用語準(zhǔn)確，有見解；論述充分，分析、處理問題科學(xué)；本條各項(xiàng)達(dá)到要求程度（很好、比較好、一般、較差）。 成績： 指導(dǎo)教師： 2012年12月15日答辯小組評語：（1）論文質(zhì)量：圖紙、圖表、書寫的規(guī)范性（很好、較好、一般、較差）。（2）答辯質(zhì)量：