【FLUENT案例】01:T型管混合器中的流动与传热 |
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案例目录 1 引子1.1 案例描述1.2 案例学习目标2 计算仿真目标3 启动FLUENT并读入网格4 FLUENT工作界面5 网格缩放及检查6 修改单位7 设置模型8 定义新材料9 计算域设置10 边界条件设置12 设置离散格式13 Monitors14 Initialization15 Run Calculation16 Results16.1 计算监测图形16.2 Graphics16.2.1 壁面温度分布16.2.2 创建截面16.2.3 显示截面物理量16.2.4 Pathline显示16.3 Plots 1 引子 1.1 案例描述本案例进行T型管中的流动模拟,流体以不同的温度进入T形管,通过计算模拟混合过程。 1.2 案例学习目标本案例主要描述FLUENT界面的使用,包括CFD的全部过程,包括: 读取网格 选择计算模型 选择并设置材料属性 定义边界条件 设置计算监视器 运行求解器 后处理 2 计算仿真目标仿真的对象为冷热水在T型管内的混合过程 计算仿真的目的在于确定: 1.流体混合程度 2.混合过程的压力降 3 启动FLUENT并读入网格本案例利用workbench中的FLUENT模块,也可以使用独立版本的FLUENT进行。 1.启动Workbench,利用菜单Files | Save as…保存新的文件mixing_tee 2.从左侧的Component Systems列表中选择拖拽Fluent至右侧项目窗口中 3.右键选择单元格Setup,选择子菜单Import FLUENT Case | Browse 4.在打开的文件选择对话框中,修改文件过滤选项为Fluent Mesh File 5.选择网格文件Mixing_tee.msh,点击OK按钮确认选择 如下图所示。![]() ![]() FLUENT17.0工作界面如图所示。主要包括5个部分: 1.Ribbon菜单。里面包含了所有的操作按钮 2.模型树。包含了CFD仿真流程中所需的所有节点 3.参数设置面板。对应不同的模型树节点所需的参数设置 4.图形显示窗口。 5.TUI及消息输出窗口![]() 在导入计算网格后,第一步要做的操作是检查导入的网格有效性及网格质量。 选择而模型树节点General 在右侧面板中点选按钮Check,TUI窗口反馈信息如下图所示。 注意:主要检查两个参数:一个是Domain Extents,查看计算域尺寸是否与实际尺寸相符,若不相符则需要对计算域进行缩放;另一个为mimimum volume,必须确保最小体积大于0![]() ![]() 修改温度的单位为摄氏度。点击General设置面板中的Units…按钮弹出单位设置面板。
如下图所示,设置temperature的单位为c。
这里激活能量方程及湍流模型。 双击模型树节点Models > Energy,在弹出的Energy对话框中,勾选Energy Equation前方的复选框,激活能量方程,如下图所示。点击OK按钮确认操作。![]() ![]() FLUENT默认采用的材料为air,案例中流体介质为液态水。 右键点击模型树节点Material > Fluid,选择弹出菜单New,如下图所示。![]() ![]() ![]() 在模型树节点Boundary Conditions中可以设置计算模型的边界条件。如图所示。
![]() ![]() ![]() 需要注意的是:在计算的过程中,有可能会出现介质从出口边界进入流体域的情况(回流),这种情况有可能是真是的流动特征(在计算收敛时仍然存在回流),或者仅仅只是收敛过程中的短暂状态(随计算进行回流消失)。不管是何种情况,FLUENT需要知道边界上的真实来流信息。若在出口位置没有回流,则这些回流参数值在计算过程中不会被使用。在选择计算边界位置时,通常将出口位置选择在没有回流的地方。 12 设置离散格式模型树节点Solution Methods主要设置模型的离散算法。如图所示。 选择Pressure-Velocity Coupling scheme为Coupled 激活选项Pseudo Transient 激活选项Warped-Face Gradient Correction![]() 离散格式定义了梯度及变量插值的计算方法。默认选项适用于大多数的计算问题。 13 Monitors利用模型树节点Monitors可以在计算过程中监测一些物理量的变化。本例设置监测两个入口压力值及出口温度标准差。Monitors设置面板如下图所示。
本例中监测三个面参数,利用Surface Monitors下方的Create按钮进行创建。鼠标选择此按钮后,如下图所示。
点击Surface Monitors下的Create…按钮 Name:设置为p-inlet-y Plot Windws:设置为2 Report Type:设置为Area-Weighted Average Field Variable:设置为Pressure及Static Pressure Surface:选择inlet-y点击Surface Monitors下的Create…按钮 Name:设置为p-inlet-z Plot Windws:设置为3 Report Type:设置为Area-Weighted Average Field Variable:设置为Pressure及Static Pressure Surface:选择inlet-z点击Surface Monitors下的Create…按钮 Name:设置为t-dev-outlet Plot Windws:设置为4 Report Type:设置为Standard Deviation Field Variable:设置为Temperature及Static Temperature Surface:选择outlet 14 Initialization利用模型树节点Solution Initialization可对计算域进行初始化。FLUENT提供了两种初始化方法: Hybird Initialization:通过各种不同的插值方式获得计算域中的初始值。如利用求解拉普拉斯方程的方式获取初始速度场与压力场 Standard Initialization:直接定义各未知物理量的初始值![]() ![]() 对于稳态计算,初始值不会影响最终计算结果,但是会影响收敛过程,严重偏离实际的初始值可能会导致计算收敛缓慢甚至发散。对于瞬态计算,初始值会影响到后续的计算结果。 15 Run Calculation选择模型树节点Run Calculation,如图所示。 设置Number of Iterations为350,点击按钮Calculate进行迭代计算。![]() 计算后处理。 16.1 计算监测图形残差曲线
计算监测得到的残差曲线如下图所示。
图中残差曲线显示计算在迭代120步左右达到收敛,表现为残差曲线降低至设置的残差标准以下,默认残差标准为10−310−3 入口压力监测图
两个入口压力监测图如下图所示。
![]() 模型树节点Graphics下包含了Mesh、Contours、Vectors、Pathlines以及Particle Tracks,如图所示。在Graphics参数设置面板中还包含了Animations操作以及一些图形显示参数设置按钮,如灯光、视图等。
本案例主要利用Contours及Vectors显示云图及矢量图。 16.2.1 壁面温度分布查看壁面温度云图显示。鼠标双击Graphics列表框中的Contours列表项,在弹出的对话框中进行如下图所示设置: 勾选激活Filled选项 在Contours of下拉框中选择Temperature及Static Temperature 在Surfaces列表项中选择wall-fluid 点击按钮Display![]() ![]() 创建截面后可以显示截面上的物理量分布。这里创建x截面。 利用Ribbon界面中的Postprocessing标签页 选择Create按钮下的Iso-Surface…功能菜单 如下图所示。![]() ![]() 回到Contours设置面板, 设置Contours of为Velocity及Velocity Magnitude 选择Surface为x-0 点击按钮Display![]() ![]() ![]() ![]() 可以利用Pathline显示流线。选择Graphics列表中的Pathlines选项,弹出如下图所示对话框。
模型树节点Plots可以输出一系列图形,如曲线图、直方图等。
可以先创建line,再利用XYPlot显示线上物理量分布。利用Postprocessing下的工具按钮Create,选择菜单项Line/Rake…,如下图所示。
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