[工學(xué)]多圓柱擾流

1、.目錄一、題目.2二、物理現(xiàn)象分析和物理模型.2三、利用gambit建網(wǎng)格3四、利用fluent2D求解器進(jìn)行求解.6五、網(wǎng)格獨(dú)立性檢驗(yàn)30六、總結(jié)46一、題目：多圓柱擾流1）計(jì)算對(duì)象結(jié)構(gòu)及參數(shù)（二維）300300075u50075100100500圖中長(zhǎng)度單位：mm，圓柱直徑50mm進(jìn)口：1atm，20°C的水壁面溫度：100°C，壁面材質(zhì)：不銹鋼steel出口用出流物性參數(shù)取默認(rèn)值，不做改動(dòng)2）具體計(jì)算要求（前面列出的要求，這里不在列舉）：l 網(wǎng)格必須為四面體網(wǎng)格l 網(wǎng)格獨(dú)立性檢驗(yàn)l 選擇合適的湍流模型l 對(duì)流項(xiàng)二階迎風(fēng)格式l 分析進(jìn)口速度為1m/s、50m/s、100

2、m/s和200m/s時(shí)的流動(dòng)、換熱（在同一套選定的網(wǎng)格下，進(jìn)行計(jì)算），進(jìn)行比較。多圓柱擾流二、物理現(xiàn)象分析和數(shù)學(xué)模型1、對(duì)實(shí)際問題作必要的簡(jiǎn)化，建立起相應(yīng)的物理模型本題為二維多圓柱擾流，欲用數(shù)值方法得出其中的流動(dòng)情況時(shí)，可作以下簡(jiǎn)化處理：（1）水的物性為常數(shù)；（2），l=0.3m， ，v=1m/s,50m/s，100m/s,200m/s時(shí)，所以流動(dòng)為湍流；（3）考慮換熱；（4）不考慮重力；（5）入口壓強(qiáng)位1atm，壓強(qiáng)較低，所以視水為不可壓縮流體。通過這些假設(shè)，就把這一問題簡(jiǎn)化成為一個(gè)二維，穩(wěn)態(tài)，常物性，無內(nèi)熱源的湍流流動(dòng)問題，這就是所研究問題的物理模型。2、對(duì)所研究的物理模型建立起相應(yīng)的數(shù)學(xué)

3、描述。連續(xù)性方程：動(dòng)量方程： 初始條件：入口：v=1m/s 50m/s 100m/s 200m/s P=101325Pa T=293.15K 壁面：T=373.15K 材料為steel三、利用gambit建立網(wǎng)格：1、 啟動(dòng)gambit2、創(chuàng)建長(zhǎng)方形長(zhǎng)方形設(shè)置對(duì)話框 3、 畫圓柱頂面圓面設(shè)置對(duì)話框 4、圓面的復(fù)制與平移 圓面的復(fù)制與平移對(duì)話框5、將長(zhǎng)方形平面與圓面整合成一個(gè)平面長(zhǎng)方形平面與圓面的整合對(duì)話框6、網(wǎng)格的設(shè)置 網(wǎng)格設(shè)置對(duì)話框 設(shè)置好的網(wǎng)格7、設(shè)置邊界類型 邊界類型對(duì)話框 四、利用fluent2D求解器進(jìn)行求解 1、 啟動(dòng)fluent并設(shè)置2D求解器2、讀入網(wǎng)格文件并檢查網(wǎng)格a、讀入網(wǎng)

4、格文件 b、檢查網(wǎng)格 單擊grid/check命令 c、檢查網(wǎng)格數(shù)量。單擊grid/info/size，可得網(wǎng)格數(shù)位97744.3、 確定單位長(zhǎng)度mm單擊grid/scale點(diǎn)擊對(duì)話框中scale即可4、 顯示網(wǎng)格。單擊菜單欄中的Display/Grid可得下圖對(duì)話框 點(diǎn)擊對(duì)話框中Display，即可得網(wǎng)格圖形網(wǎng)格顯示圖5、 選擇計(jì)算模型a、選擇基本求解器。單擊Define/Models/Solver命令，彈出Solver對(duì)話框，在Time下選Unsteady，單擊OK，關(guān)閉對(duì)話框b、選擇其他計(jì)算模型。但擊Define/Models/Viscous命令，彈出Viscous Model對(duì)話框，計(jì)

5、算Re數(shù)，u1=1m/s時(shí)，；u2=50m/s時(shí)，；u3=100m/s時(shí)，；u4=200m/s時(shí)，。均為湍流在Model選項(xiàng)中選kepsilon，彈出如下圖對(duì)話框，保持默認(rèn)設(shè)置，點(diǎn)擊OK按鈕關(guān)閉對(duì)話框。6、 啟動(dòng)能量方程。單擊Define/Models/Energy彈出對(duì)話框，選中Energy Equation，點(diǎn)擊OK按鈕關(guān)閉對(duì)話框7、 設(shè)置操作環(huán)境。單擊Define/Operating Conditions，彈出對(duì)話框，保持默認(rèn)，單擊OK關(guān)閉對(duì)話框。 操作環(huán)境設(shè)置對(duì)話框8、 定義流體的物理性質(zhì)。單擊Define/Meterials彈出Meterials對(duì)話框，本題流體為水，水的物理性質(zhì)通過

6、下列操作來進(jìn)行。 Meterials對(duì)話框單擊對(duì)話框中的Fluent Database按鈕，彈出Fluent Database Meterials對(duì)話框，在Fluent Fluid Meterials下拉列表中選擇Water liquid選項(xiàng)，單擊Copy按鈕，即可把水的物理性質(zhì)從數(shù)據(jù)庫中調(diào)出，單擊Close按鈕，關(guān)閉對(duì)話框。9、 設(shè)置邊界條件。設(shè)定物質(zhì)的物理?xiàng)l件后，要對(duì)邊界條件進(jìn)行設(shè)置。單擊Define/Boundary Conditions命令，彈出Boundary Conditions對(duì)話框，對(duì)計(jì)算區(qū)域的邊界進(jìn)行具體化設(shè)置。a、 設(shè)置流體區(qū)域。在Zone列表框中選Fluid，在Type中

7、單擊Fluid，彈出Fluid對(duì)話框，在Meterial Name下拉列表框中選中water liquid選項(xiàng)，點(diǎn)擊OK按鈕，即可把區(qū)域中的流體定義為水。Boundary Conditions對(duì)話框 Fluid對(duì)話框b、 設(shè)置入口的邊界條件。在Zone中選擇in，在Type中單擊velocity-inlet，彈出velocity inlet對(duì)話框，在Velocity Magnitude 中輸入1，在Temperature中輸入293.15，其余保持不變，點(diǎn)擊OK按鈕，in邊界條件設(shè)置完畢。 入口邊界條件設(shè)置對(duì)話框c、 設(shè)置出口邊界條件。在Zone中選擇out，在Type中單擊outflow，彈

8、出outflow對(duì)話框，點(diǎn)擊OK按鈕，出口邊界條件設(shè)置完畢。 d、 設(shè)置壁面邊界條件。單擊Define/Materials彈出Materials對(duì)話框，將Material Type下改為solid ，點(diǎn)擊Fluent database，彈出Fluent Database Materials對(duì)話框，將Material Type下改為solid，在Fluent Solid Materials下拉菜單中選中Steel，點(diǎn)擊Copy，再點(diǎn)close關(guān)閉對(duì)話框，點(diǎn)擊Materials中Change/Creat按鈕，再點(diǎn)close按鈕關(guān)閉對(duì)話框。在Zone中選擇wall1，在Type中單擊wall，彈出w

9、all對(duì)話框，在Thermal Conditions下菜單中選中Temperature，將Temperature后溫度改成373.15 。在Material Name下拉菜單中點(diǎn)steel，再點(diǎn)擊OK按鈕關(guān)閉對(duì)話框，邊界wall1設(shè)置完畢。邊界wall2設(shè)置同wall1。Materials對(duì)話框Fluent Database Materials對(duì)話框壁面邊界條件設(shè)置對(duì)話框10、 求解方法的設(shè)置及控制。邊界條件設(shè)定好以后，即可設(shè)定連續(xù)性方承諾和能量方程的具體求解方式。a、 設(shè)置求解參數(shù)。單擊菜單欄中的Solve/Controls/Solution命令，彈出Solution Controls對(duì)話框

10、。接受系統(tǒng)默認(rèn)設(shè)置，直接單擊按鈕。Solution Controls對(duì)話框b、 初始化。單擊菜單欄中的Solve/Initialize/ Initialize命令，彈出Solution Initialization對(duì)話框，在Compute From下拉列表框中選擇in選項(xiàng)，然后依次單擊Init，Apply和Close按鈕。Solution Initialization對(duì)話框c、 設(shè)置監(jiān)視器。單擊菜單欄中的Solve/Monitors/Residual命令，彈出Residual Monitors對(duì)話框，勾選Option是選項(xiàng)組中的Plot復(fù)選框，從而在迭代計(jì)算時(shí)動(dòng)態(tài)顯示計(jì)算殘差，其他項(xiàng)保持默認(rèn)設(shè)

11、置，點(diǎn)擊OK按鈕。d、 保存Case和Data文件。單擊菜單欄中的File/Write/Case&Data命令，保存前面所有的設(shè)置。11、 迭代。單擊菜單欄中的Solve/Iterate/命令，彈出Iterate對(duì)話框。得帶設(shè)置如圖所示，單擊Iterate按鈕，F(xiàn)LUENT求解器開始求解，可以看單如下圖的殘插圖。 Iterate對(duì)話框 殘差曲線圖12、 后處理。a、 顯示溫度和速度等值線。迭代收斂后，單擊菜單欄中的Display/Contours命令，彈出Contours對(duì)話框。單擊Surface說列表上方的按鈕，選中Contours of下拉菜單中的Temperature，單擊Dis

12、play按鈕，即可顯示溫度等值線。在Contours of下拉菜單中選中Velocity選項(xiàng)，單擊Display選項(xiàng)按鈕，即可顯示速度等值線圖。溫度等值線圖速度等值線圖b、 顯示速度矢量圖。單擊菜單欄中的Display/Vectors命令，彈出Vectors對(duì)話框，單擊Surfaces列表上方的按鈕，選中所有可以顯示的部分，單擊Display按鈕，即可顯示速度矢量圖。 Vectors對(duì)話框速度矢量圖以上是入口流速為u1=1m/s時(shí)的結(jié)果。u=50m/s 100m/s 200m/s 時(shí)，步驟同上只需在入口邊界設(shè)置時(shí)將速度設(shè)置成相應(yīng)的速度并重新初始化即可。網(wǎng)格數(shù)為97744，u=50m/s時(shí)：殘差

13、曲線圖溫度等值線圖速度等值線圖速度矢量圖網(wǎng)格數(shù)為97744，u=100m/s時(shí)：殘差曲線圖溫度等值線圖速度等值線圖速度矢量圖網(wǎng)格數(shù)為97744，u=200m/s時(shí)：殘差曲線圖溫度等值線圖速度等值線圖速度矢量圖五、網(wǎng)格獨(dú)立性檢驗(yàn)：網(wǎng)格數(shù)為57846，u=1m/s:殘插曲線圖溫度等值線圖速度等值線圖速度矢量圖網(wǎng)格數(shù)為57846，u=50m/s:殘插曲線圖溫度等值線圖速度等值線圖速度矢量圖網(wǎng)格數(shù)為57846，u=100m/s:殘插曲線圖溫度等值線圖速度等值線圖速度矢量圖網(wǎng)格數(shù)為57846，u=200m/s:殘插曲線圖溫度等值線圖速度等值線圖速度矢量圖網(wǎng)格數(shù)為8097，u=1m/s:殘插曲線圖溫度等值線圖速度等值線圖速度矢量圖網(wǎng)格數(shù)為8097，u=50m/s:殘插曲線圖溫度等值線圖速度等值線圖速度矢量圖網(wǎng)格數(shù)為8097，u=100m