工程熱力學(xué)與傳熱學(xué)復(fù)件 熱工學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

熱工學(xué)實(shí)驗(yàn)報(bào)告學(xué)號：310801010228姓名：周建偉班級：安全08-02班實(shí)驗(yàn)時(shí)間：實(shí)驗(yàn)題目：一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的數(shù)值模擬一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、初步了解并掌握Fluent求解問題的一般過程，主要包括前處理、計(jì)算、后處理三個(gè)部分。2、理解計(jì)算機(jī)求解問題的原理，即通過對系統(tǒng)進(jìn)行離散化，從而求解代數(shù)方程組，求得整個(gè)系統(tǒng)區(qū)域的場分布。3、模擬系統(tǒng)總的傳熱量并與傅立葉導(dǎo)熱定律的求解結(jié)果相比較，驗(yàn)證數(shù)值模擬的可靠性。二、實(shí)驗(yàn)儀器、設(shè)備1、軟件：Fluent軟件Fluent程序軟件包由以下幾個(gè)部分組成：(1)GAMBIT——用于建立幾何結(jié)構(gòu)和網(wǎng)格的生成。(2)Fluent——用于進(jìn)行流動(dòng)模擬計(jì)算的求解器。(3)prePDF——用于模擬PDF燃燒過程。(4)TGrid——用于從現(xiàn)有的邊界網(wǎng)格生成體網(wǎng)格。(5)Filters(Translators)—轉(zhuǎn)換其他程序生成的網(wǎng)格，用于FLUENT計(jì)算?？梢越涌诘某绦虬ǎ篈NSYS，I-DEAS，NASTRAN，PATRAN等。2、硬件：計(jì)算機(jī)三、實(shí)驗(yàn)原理及方法圖圖1-1導(dǎo)熱計(jì)算區(qū)域示意圖如圖1-1所示，平板的長寬度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于它的厚度，平板的上部保持高溫，平板的下部保持低溫。平板的長高比為30，可作為一維問題進(jìn)行處理。需要求解平板內(nèi)的溫度分布以及整個(gè)穩(wěn)態(tài)傳熱過程的傳熱量。四、實(shí)驗(yàn)預(yù)習(xí)及注意事項(xiàng)實(shí)驗(yàn)前注意預(yù)習(xí)對流數(shù)值求解方法，并對采用相似原理進(jìn)行數(shù)值模擬的方法進(jìn)行初步的思考。（1）建立文件時(shí)（即ID），以自己的姓名全拼+數(shù)值來命名，如姓名為“張三”，則文件名（ID）分別為“zhangsan01”、“zhangsan02”、“zhangsan03”等等。（2）注意對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行定期的保存，防止因網(wǎng)絡(luò)中斷而導(dǎo)致數(shù)據(jù)或結(jié)果丟失。（3）關(guān)閉前處理軟件Gambit時(shí)，不能象Windows下的普通程序一樣關(guān)閉，而應(yīng)采取退出的方式關(guān)閉，即File→Exit。（4）當(dāng)Gambit或Fluent不能正常運(yùn)行時(shí)，注意看計(jì)算機(jī)系統(tǒng)時(shí)間是否設(shè)置正確，仍然出錯(cuò)時(shí)，可將C:\Fluent.Inc\ntbin\ntx86文件夾中的default_id.lok文件刪除。五、實(shí)驗(yàn)步驟1.利用Gambit對計(jì)算區(qū)域離散化和指定邊界條件類型步驟1：啟動(dòng)Gambit軟件并建立新文件步驟2：創(chuàng)建幾何圖形，在Width內(nèi)輸入30，在Height中輸入1，選擇+X+Y步驟3：網(wǎng)格劃分：（1）邊的網(wǎng)格劃分：在Edges后面的黃色對話框中選中edge.1和edge.3。然后在Spacing中選擇Intervalcount，在其左邊的對話框中輸入100，即將這兩個(gè)邊各劃分成100個(gè)等份。最后點(diǎn)擊Apply確認(rèn)，采用同樣的方法對面的其它邊進(jìn)行網(wǎng)格劃分，設(shè)定edge.2和edge.4的Spacing對應(yīng)的數(shù)值為10。（2）面的網(wǎng)格劃分：選擇Operation→Mesh→Face，在Faces后面的黃色框中選中face.1，對話框中的其它選項(xiàng)均保持默認(rèn)值，此時(shí)Spacing的類型為Intervalsize，它左邊的默認(rèn)值為1。點(diǎn)擊Apply步驟4：邊界條件類型的指定：選擇Solve→Fluent5/6，選擇Operation→Zone，首先指定面的上邊為熱源，將下邊定義成冷源cold。左右兩條邊可以不需要定義，保持Gambit默認(rèn)即可。步驟5：指定計(jì)算區(qū)域的類型：設(shè)置Gambit的計(jì)算區(qū)域的類型為固體。步驟6：網(wǎng)格文件的輸出：選擇File→Export→Mesh打開輸出文件的對話框，點(diǎn)擊Accept。2.利用Fluent求解器進(jìn)行求解步驟1：網(wǎng)格文件的讀入、檢查及顯示（1）網(wǎng)格文件的讀入：選擇File→Read→Case在C:\Fluent.Inc\ntbin\ntx86下找到onedim.msh文件并將其讀入。（2）檢查網(wǎng)格文件：選擇Grid→Check對網(wǎng)格文件進(jìn)行檢查，這里要注意最小的網(wǎng)格體積（minimumvolume）值一定要大于0。（3）顯示網(wǎng)格：選擇Display→Grid，出現(xiàn)網(wǎng)格顯示對話框。步驟2：選擇計(jì)算模型步驟3：定義固體的物理性質(zhì)，選擇Define→Materials,在MaterialType選項(xiàng)中選擇solid，F(xiàn)luent默認(rèn)的固體材料為鋁aluminum，我們假定平板的材料為鋁，材料的屬性取默認(rèn)值，點(diǎn)擊Change/Create按鈕，再點(diǎn)擊Close即可。步驟4：設(shè)置邊界條件，選擇Define→BoundaryConditions，對計(jì)算區(qū)域的邊界條件進(jìn)行具體設(shè)置。對熱源heat的邊界類型wall點(diǎn)擊set，將默認(rèn)的ThermalCondition下的heatFlux改為第一類邊界條件Temperature，在Temperature右邊的白色文本框內(nèi)輸入310。用同樣的方法對冷源進(jìn)行設(shè)置，其溫度為300。即熱源和冷源的溫度差為10K。步驟5：求解設(shè)置（1）初始化選擇Solve→Initialize→Initialize，依次點(diǎn)擊Init、Apply和Close按鈕。（2）殘差設(shè)置選擇Solve→Monitors→Residual，選擇Options下面的Plot復(fù)選項(xiàng)，則可在計(jì)算時(shí)動(dòng)態(tài)地顯示計(jì)算殘差。并將energy右邊的殘差設(shè)定為1e-08，然后點(diǎn)擊OK按鈕。（3）迭代計(jì)算選擇Solve→Iterate，設(shè)置NumberofIterations為200，然后單擊Iterate按鈕。步驟6：保存結(jié)果，選擇File→Write→Case&Data，保存所有的設(shè)置和數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)一結(jié)果及分析：（1）實(shí)驗(yàn)得到的平板內(nèi)的等溫線分布圖實(shí)驗(yàn)一結(jié)果及分析：（1）實(shí)驗(yàn)得到的平板內(nèi)的等溫線分布圖可以看到，等溫線在平板內(nèi)部為水平分層，等溫線均與壁面平行。符合一維導(dǎo)熱定律的理論結(jié)果。（2）實(shí)驗(yàn)得到溫度梯度的最小值為9.998277，最大值為10.0016，即溫度梯度的值為10，與理論結(jié)果完全一致。（3）實(shí)驗(yàn)得到平板的總熱流量為60726.6W。根據(jù)傅立葉導(dǎo)熱定律計(jì)算的理論結(jié)果為60720W，相對誤差為0.01%，表明結(jié)果正確。實(shí)驗(yàn)二結(jié)果及分析：根據(jù)傅立葉導(dǎo)熱定律，熱流與等溫線正交，可得到如實(shí)驗(yàn)二結(jié)果及分析：根據(jù)傅立葉導(dǎo)熱定律，熱流與等溫線正交，可得到如圖所示的溫度分布云圖。由于左側(cè)及右側(cè)為熱源，下側(cè)為冷源，且左側(cè)溫度高于右側(cè)，熱量傳遞方向?yàn)橛勺蟮接?，由?/p>