張志鑫開(kāi)題報(bào)告

1、基于基于CFD的的變結(jié)構(gòu)熱交換變結(jié)構(gòu)熱交換器內(nèi)三維流場(chǎng)器內(nèi)三維流場(chǎng)數(shù)值模擬數(shù)值模擬 導(dǎo)師：導(dǎo)師：李旭東教授李旭東教授 學(xué)生：學(xué)生：張志鑫張志鑫1課題意義及國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀課題意義及國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀2研究目標(biāo)研究目標(biāo)、研究?jī)?nèi)容和擬解決的關(guān)鍵性問(wèn)題研究?jī)?nèi)容和擬解決的關(guān)鍵性問(wèn)題3擬采取的研究方法、技術(shù)路線、實(shí)驗(yàn)方案擬采取的研究方法、技術(shù)路線、實(shí)驗(yàn)方案4與本課題有關(guān)的工作積累、已有的研究工作成績(jī)與本課題有關(guān)的工作積累、已有的研究工作成績(jī)5計(jì)劃進(jìn)度計(jì)劃進(jìn)度一、研究背景及意義v熱交換器是一種利用流體進(jìn)行熱熱交換器是一種利用流體進(jìn)行熱交流的設(shè)備，像這類設(shè)備里面大交流的設(shè)備，像這類設(shè)備里面大部分都會(huì)有兩種或者兩種

2、以上的部分都會(huì)有兩種或者兩種以上的不同溫度流體進(jìn)行傳熱。不同溫度流體進(jìn)行傳熱。v在工業(yè)生產(chǎn)里面熱交換器的使用在工業(yè)生產(chǎn)里面熱交換器的使用是非常多的。比如說(shuō)在動(dòng)力工業(yè)是非常多的。比如說(shuō)在動(dòng)力工業(yè)里面使用的鍋爐裝置的過(guò)熱器，里面使用的鍋爐裝置的過(guò)熱器，空氣預(yù)熱器等；以及航空工業(yè)中空氣預(yù)熱器等；以及航空工業(yè)中使用的熱交換器，可以及時(shí)地把使用的熱交換器，可以及時(shí)地把發(fā)動(dòng)機(jī)以及輔助裝置在使用的時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)以及輔助裝置在使用的時(shí)候出現(xiàn)的熱量取出來(lái)，是非常重候出現(xiàn)的熱量取出來(lái)，是非常重要的一個(gè)部件。要的一個(gè)部件。變結(jié)構(gòu)的意義v廣義地說(shuō)，在控制過(guò)程（瞬態(tài)過(guò)程）中，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（模型）可發(fā)生變化的系統(tǒng)，叫變結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。v

3、變結(jié)構(gòu)相對(duì)于固定結(jié)構(gòu)在模擬中具有更高的難度。變結(jié)構(gòu)更加貼近實(shí)際情況，而固定結(jié)構(gòu)是研究變結(jié)構(gòu)問(wèn)題的基礎(chǔ)?；谡n題組已經(jīng)掌握熱交換器三維固定流場(chǎng)的仿真模擬，所以本次計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)將會(huì)轉(zhuǎn)向熱交換器三維變結(jié)構(gòu)流場(chǎng)的仿真模擬。 本課題需要利用本課題需要利用CFD軟軟件件中常用的標(biāo)準(zhǔn)中常用的標(biāo)準(zhǔn)k-湍流湍流模型的原理和應(yīng)用，舉模型的原理和應(yīng)用，舉例說(shuō)明例說(shuō)明CFD軟件軟件在在如右如右圖圖1所示類型的熱交換所示類型的熱交換器器內(nèi)的三維內(nèi)的三維變結(jié)構(gòu)流場(chǎng)意變結(jié)構(gòu)流場(chǎng)意義上義上流動(dòng)與換熱分析中流動(dòng)與換熱分析中的應(yīng)用。的應(yīng)用。 在在CFD軟件的前處理軟件中建立三維的變結(jié)構(gòu)流場(chǎng)模軟件的前處理軟件中建立三維的變結(jié)構(gòu)流場(chǎng)模

4、型，進(jìn)行合適的網(wǎng)格劃分。型，進(jìn)行合適的網(wǎng)格劃分。 在在CFD軟件中設(shè)置可能要使用的載荷參數(shù)來(lái)賦予模型軟件中設(shè)置可能要使用的載荷參數(shù)來(lái)賦予模型變結(jié)構(gòu)流場(chǎng)的意義，然后變結(jié)構(gòu)流場(chǎng)的意義，然后運(yùn)用運(yùn)用其其中的標(biāo)準(zhǔn)中的標(biāo)準(zhǔn)k-湍流模型進(jìn)湍流模型進(jìn)行計(jì)算，對(duì)行計(jì)算，對(duì)熱交換熱交換器內(nèi)部的三維流場(chǎng)進(jìn)行分析，期望捕捉器內(nèi)部的三維流場(chǎng)進(jìn)行分析，期望捕捉到到熱交換器熱交換器內(nèi)部?jī)?nèi)部變結(jié)構(gòu)變結(jié)構(gòu)流場(chǎng)的一些規(guī)律性的東西，流場(chǎng)的一些規(guī)律性的東西，并并反映反映熱交換熱交換器內(nèi)部的溫度場(chǎng)和速度梯度，器內(nèi)部的溫度場(chǎng)和速度梯度，從而從而對(duì)對(duì)熱交換熱交換器的設(shè)器的設(shè)計(jì)和改進(jìn)能有一定的指導(dǎo)意義。計(jì)和改進(jìn)能有一定的指導(dǎo)意義。國(guó)內(nèi)外研

5、究現(xiàn)狀v但在熱交換器三維的變結(jié)構(gòu)流場(chǎng)的仿真模擬方面，國(guó)內(nèi)還少有人探索。所以本課題組在繼承了熱交換器三維的固定結(jié)構(gòu)流場(chǎng)的仿真模擬下，進(jìn)行變結(jié)構(gòu)流場(chǎng)的模擬研究，期望能夠成功模擬出它的溫度分布規(guī)律和速度梯度的規(guī)律。研究目標(biāo) v通過(guò)通過(guò)CFD前處理軟件前處理軟件建立基于建立基于變結(jié)構(gòu)三維流變結(jié)構(gòu)三維流場(chǎng)熱交換場(chǎng)熱交換器的數(shù)值模型，然后在器的數(shù)值模型，然后在CFD軟件軟件中中計(jì)算以得計(jì)算以得到熱交換到熱交換器器變結(jié)構(gòu)三維變結(jié)構(gòu)三維流場(chǎng)的溫度流場(chǎng)的溫度分布圖，速度分布圖，速度矢量矢量圖，還能得到溫度變化曲圖，還能得到溫度變化曲線，速度變化曲線。線，速度變化曲線。研究?jī)?nèi)容 v三維變結(jié)構(gòu)流場(chǎng)的熱交換器三維變結(jié)

6、構(gòu)流場(chǎng)的熱交換器模型通過(guò)模型通過(guò)CFD前處理軟件前處理軟件的網(wǎng)格劃分，的網(wǎng)格劃分，CFD軟件軟件的計(jì)的計(jì)算后得到溫度分布圖，速度算后得到溫度分布圖，速度矢量矢量圖圖。然后可。然后可以跟固定結(jié)構(gòu)流場(chǎng)的模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，從以跟固定結(jié)構(gòu)流場(chǎng)的模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，從而既能夠掌握變結(jié)構(gòu)流場(chǎng)模型的計(jì)算方法和而既能夠掌握變結(jié)構(gòu)流場(chǎng)模型的計(jì)算方法和技術(shù)，又能通過(guò)對(duì)比技術(shù)，又能通過(guò)對(duì)比得到實(shí)驗(yàn)想要的一些規(guī)得到實(shí)驗(yàn)想要的一些規(guī)律，以期對(duì)律，以期對(duì)熱交換熱交換器的改進(jìn)設(shè)計(jì)能有一定的器的改進(jìn)設(shè)計(jì)能有一定的指導(dǎo)意義。指導(dǎo)意義。擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題 v(1)三維變結(jié)構(gòu)流場(chǎng)模型的建立和設(shè)置三維變結(jié)構(gòu)流場(chǎng)模型的建立和設(shè)置；v(2)

7、網(wǎng)格的有效性；網(wǎng)格的有效性；v (3)邊界條件的正確設(shè)置；邊界條件的正確設(shè)置；v(4)CFD軟件軟件中求解參數(shù)的正確設(shè)置中求解參數(shù)的正確設(shè)置擬采取的研究方法、技術(shù)路線、試驗(yàn)擬采取的研究方法、技術(shù)路線、試驗(yàn)方案及其可行性分析方案及其可行性分析可行性分析可行性分析試驗(yàn)方案試驗(yàn)方案技術(shù)路線技術(shù)路線方法方法可行性分析可行性分析試驗(yàn)方案試驗(yàn)方案技術(shù)路線技術(shù)路線方法方法 研究方法研究方法 在三維固定結(jié)構(gòu)流場(chǎng)模型的基礎(chǔ)上在三維固定結(jié)構(gòu)流場(chǎng)模型的基礎(chǔ)上通過(guò)通過(guò)CFDCFD前處理軟件前處理軟件建立建立熱交換器的變結(jié)構(gòu)流場(chǎng)熱交換器的變結(jié)構(gòu)流場(chǎng)模型，分別模型，分別在在CFDCFD軟件中軟件中進(jìn)行計(jì)算進(jìn)行計(jì)算求解求解

8、得到得到流場(chǎng)流場(chǎng)溫度分布圖，速度溫度分布圖，速度矢量矢量圖或者曲線。然圖或者曲線。然后后跟固定流場(chǎng)模型的計(jì)算結(jié)果跟固定流場(chǎng)模型的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，從進(jìn)行對(duì)比，從而找到規(guī)律性的東西而找到規(guī)律性的東西。技術(shù)路線技術(shù)路線（1 1）通過(guò)）通過(guò)CFDCFD前處理軟件前處理軟件建立建立熱交熱交換器的三維變結(jié)構(gòu)流場(chǎng)換器的三維變結(jié)構(gòu)流場(chǎng)模型，模型，設(shè)置設(shè)置正確的邊界條件并正確的邊界條件并劃分網(wǎng)格劃分網(wǎng)格（2 2）在）在CFDCFD軟件軟件中設(shè)置參數(shù)并迭代中設(shè)置參數(shù)并迭代計(jì)算計(jì)算（3 3）CFDCFD軟件軟件中后處理得到溫度中后處理得到溫度分分布圖布圖以及速度以及速度矢量矢量圖和曲線圖和曲線計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)方案計(jì)算機(jī)

9、實(shí)驗(yàn)方案 (1)(1)通過(guò)掌握固定結(jié)構(gòu)三維流場(chǎng)模通過(guò)掌握固定結(jié)構(gòu)三維流場(chǎng)模型建立以及計(jì)算的方法技術(shù)，逐步探型建立以及計(jì)算的方法技術(shù)，逐步探索并正確建立三維變結(jié)構(gòu)流場(chǎng)模型索并正確建立三維變結(jié)構(gòu)流場(chǎng)模型 (2) (2)在在CFDCFD軟件軟件中設(shè)置中設(shè)置各項(xiàng)各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行參數(shù)進(jìn)行迭代計(jì)算直至收斂。迭代計(jì)算直至收斂。 (3) (3)后處理中將得到的后處理中將得到的變結(jié)構(gòu)流場(chǎng)變結(jié)構(gòu)流場(chǎng)的的溫度分布圖，速度溫度分布圖，速度矢量矢量圖圖和固定結(jié)和固定結(jié)構(gòu)流場(chǎng)模型的計(jì)算結(jié)果構(gòu)流場(chǎng)模型的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行比較，最進(jìn)行比較，最后得出相應(yīng)的結(jié)論。后得出相應(yīng)的結(jié)論。 此次課題主要的難點(diǎn)在于三維此次課題主要的難點(diǎn)在于三維變結(jié)構(gòu)流場(chǎng)模型的建立以及其網(wǎng)格變結(jié)構(gòu)流場(chǎng)模型的建立以及其網(wǎng)格劃分，還有其是否能夠順利迭代計(jì)劃分，還有其是否能夠順利迭代計(jì)算直至收斂。算直至收斂。 但基于課題組積累的關(guān)于但基于課題組積累的關(guān)于CFDCFD軟軟件模擬這方面的成績(jī)和經(jīng)驗(yàn)，指導(dǎo)件模擬這方面的成績(jī)和經(jīng)驗(yàn)，指導(dǎo)老師李旭東教授和我們課題組都有老師李旭東教授和我們課題組都有這個(gè)信心，能夠成功建立其模型，這個(gè)信心，能夠成功建立其模型，并能順利求解得到模擬結(jié)果。并能順利求解得到模擬結(jié)果。已有的研究工作成績(jī)已有的研究工作成績(jī)繼承了師兄們?cè)谇懊孀龅娜?/p>