計(jì)算流體力學(xué)應(yīng)用與實(shí)踐

1、計(jì)算流體力學(xué)應(yīng)用與實(shí)踐三通管道算例分析1.模型建立使用三維建模軟件UG9.0生成一個(gè)“T”型三通，其中三通的 各個(gè)圓形管口半徑均為5mm,三通三條管道的匯合點(diǎn)到各個(gè)管口之 間的長(zhǎng)度均為250mm。三維軟件中模型的作圖歷史與最終建模的結(jié) 果如下圖1。最后在UG9.0中把此模型另存為parasolid類型的文件，后 綴為x_t，隨后導(dǎo)入到ICEM軟件中進(jìn)行網(wǎng)格劃分。圖1三通模型示意圖2.網(wǎng)格劃分使用ICEM軟件進(jìn)行三通模型的劃分網(wǎng)格，首先導(dǎo)入生成好的 parasolid文件至ICEM中。然后修復(fù)三維模型，并創(chuàng)建Body實(shí)體。 然后添加Part部分，主要有IN、OUT 1和OUT2，其中流體流入的

2、面IN與流體流出的面OUT1、OUT2所對(duì)應(yīng)的具體位置如圖2所示。OUT!OUT2Model OUT!OUT2Model L -*/如禎他m Med.Ehrtf PartsFLUIDIN1St riLJTiM GUT2 HARI 1圖2三通液流流向示意圖隨后繼續(xù)使用ICEM軟件生成四面體網(wǎng)格。其中生成網(wǎng)格的全局尺寸(Global Element Seed Size)設(shè)定為2.0。生成全局網(wǎng)格后，再進(jìn)行光滑滑網(wǎng)格，得到的網(wǎng)格質(zhì)量如圖3所示，從圖中可以，所有網(wǎng)格質(zhì)量均大于0.3,滿足求解器的收斂要求。圖3網(wǎng)格質(zhì)量檢查結(jié)果在此基礎(chǔ)上再生成菱形附面層網(wǎng)格。最后的網(wǎng)格生成結(jié)果如圖4、圖5所示:圖4管口處

3、的附面層網(wǎng)格圖5管道中的單層網(wǎng)格最終網(wǎng)格總數(shù)量為42661個(gè)。3.前處理以及求解在CFX-Pre中設(shè)置流場(chǎng)參數(shù)設(shè)置，設(shè)置流體為水，熱傳導(dǎo)項(xiàng) 選擇熱能(Thermal Energy)。在本算例中，設(shè)置三通入口流體的 速度為10m/s，入口溫度為50C，出口 1、出口 2壓力為0Pa。經(jīng) 過(guò)簡(jiǎn)單探索，最終求解控制設(shè)置為：最大迭代步數(shù)為1000步，或 者殘差低于1*E-4時(shí)停止計(jì)算。由于網(wǎng)格尺寸比較小，網(wǎng)格數(shù)量 比較多，計(jì)算過(guò)程收斂得很快。最后求解殘差收斂情況如圖6所 示。i.ae-as -i.ae-as -Lde-nlD -LQel-1.0e-a2 -i.ae-a4 -i.ae-as -i.ae-

4、as -Lde-nlD -LQel-1.0e-a2 -i.ae-a4 -i.ae-ae -DID2D30405060Acrumderted Trie Step RMSP-Mm RMS U-Mocn RjG -Mom RMS W-Mari|圖6三通計(jì)算計(jì)算結(jié)果殘差曲線圖由于前文中網(wǎng)格尺寸設(shè)置較小，網(wǎng)格數(shù)總體比較多，繼續(xù)計(jì) 算得到的殘差結(jié)果可以繼續(xù)縮小。但就本文而言，殘差低于0.0001 已足夠，故保存結(jié)果進(jìn)行后處理，不再往下計(jì)算。.后處理結(jié)果圖7三通分流處速度流線圖圖8三通分流處速度云圖來(lái)流速度為10m/s,中央的液流與管道內(nèi)的壁面正面碰撞形成 一滯止區(qū)域，四周液流繞過(guò)這一滯止區(qū)域的外圍向其余兩

5、管流走。 流出的管道的初始速度分布極不均勻。從圖8可知，流出管道一 側(cè)流體速度約為2.8m/s左右，而另一側(cè)速度快速衰減到7m/s左 右。流出管道中的流場(chǎng)經(jīng)充分發(fā)展后，在出口處流場(chǎng)的速度分布 變得均勻，速度為5m/s左右。壓力云圖如下圖9所示：Z.501 e*0042.707e*003-2.260&*004一 -4.7D1B*DD4 Z.501 e*0042.707e*003-2.260&*004一 -4.7D1B*DD4 Prmsyne Plana 1圖9三通分流處壓力云圖從圖9可知，三通在正對(duì)來(lái)流處的壁面承受的最大壓力可達(dá) 到53kPa，這個(gè)區(qū)域正正也是上文分析提到的速度滯止區(qū)域。在這 種情況下，管材可能由于承受巨大的而壓力而失效。為避免這種 情況發(fā)生，首先可以減小來(lái)流速度，整體上降低滯止區(qū)域的壓強(qiáng)。其次，可以把三通做成“Y”型，減少因流動(dòng)受阻所造成的速度損 耗。5.小結(jié)三通可以實(shí)現(xiàn)液流的分流和匯合。本文以三通為例，使用三 維軟件UG建立了一個(gè)T型三通的模型，基于數(shù)值模擬軟件CFX簡(jiǎn) 單計(jì)算了液流在三通內(nèi)實(shí)現(xiàn)流體分流的流