矩形橫截面螺旋管的研究畢業(yè)論

1、.沈陽化工大學學士學位論文論文題目：張小岑熱能090109110112內(nèi)容摘要第一章 文獻綜述1.1課題背景螺旋管因其具有傳熱效率高、加工制作方便等優(yōu)點，在高效蒸汽發(fā)生器和冷卻器、核反應堆、電站鍋爐、船舶動力、石油化工、航天航空、微電子器件冷卻、先進燃料電池系統(tǒng)冷卻、食品制藥、以及制冷與低溫技術等領域得到了非常廣泛的應用螺旋流道作為一種強化換熱通道，由于其結構緊湊，廣泛應用于動力、石油和化工等換熱設備中fl.流體在螺旋管內(nèi)流動時，由于離心力的作用，會在垂直于主流方向的橫截面上產(chǎn)生二次流，二次流相對于軸向主流速度在數(shù)量級上雖然較小，但其與軸向主流復合成螺旋式的前進運動，破壞了邊界層，強化了換熱，

2、因此研究螺旋流道內(nèi)流場結構及換熱特性對工程實際應用具有重要的意義。1.2螺旋管的研究現(xiàn)狀 到目前為止，國內(nèi)外已對管內(nèi)兩相流動與傳熱進行了長期的研究探索，但大部分研究是以水一空氣或水一水蒸汽為工質(zhì)對直管進行的，許多關于直管內(nèi)的兩相流流型、空隙率、流動阻力和傳熱特性的數(shù)據(jù)和計算關聯(lián)式己被業(yè)內(nèi)人士廣泛認可和應用。我國西安交通大學在這方面進行了長期系統(tǒng)的研究，取得了顯著的成果。而對矩形螺旋管內(nèi)的兩相流動與傳熱的研究則非常少，現(xiàn)有的一些文獻主要是關于矩形螺旋管內(nèi)的凝結傳熱特性的研究，少數(shù)的關于矩形螺旋管內(nèi)流動沸騰特性的研究，而關于矩形臥式螺旋管內(nèi)兩相流極為少見。 1974年，美國加利福尼亞大學的Rowl

3、and教授和他的博士后Molina13在“自然”雜志上發(fā)表文章，指出正在廣泛使用的CFC類制冷工質(zhì)會消耗地球周圍的臭氧層，對地球生物和人類帶來危害。之后，對螺旋管和其它環(huán)保制冷工質(zhì)的兩相流動與傳熱特性的研究，以及以螺旋管為實驗工質(zhì)進行的?；芯康玫搅藝鴥?nèi)外廣泛的重視，也已取得了不少的成果，大多數(shù)也是針對直管進行的。從上世紀初以來，很多學者對螺旋管內(nèi)的單相流動與傳熱進行了實驗研究，也有一些關于螺旋管和其它曲線管內(nèi)單相流動與傳熱的數(shù)值模擬研究的文獻報道。但對于螺旋管內(nèi)的兩相流動與傳熱特性的研究相對較少，并且其中多數(shù)是針對空氣一水或水一水蒸汽進行的。圓形螺旋風管系采用寬為1 Ocm的被鋅俐帶繞制成，

4、有單層與兩層風管中夾保溫材料構成的雙層保溫風管兩種型式.圓形螺旋風管的摩擦阻力的大小決定于咬口接縫制作模具.實驗曲線表明:由于各種口徑風管的制作模具不同，所以摩擦阻力曲線排列無理論規(guī)律，必須對其各別測定.另外又rIE明，Ii 115螺淀風管覃漆阻燈雖咯大千普通鍍鋅ill板摩阻，但很接近.目前此風管月多于船用空調(diào)系統(tǒng)。眾所周知，在通風空調(diào)工程中應用的通風管道內(nèi)，其空氣流動狀態(tài)，絕大多數(shù)是在過渡區(qū)域內(nèi)，風速為5 -40m/s范圍內(nèi).因此當雷諾數(shù)Re與風管直徑D為定值時，入值主要取決于風管表面的粗糙度K值.由于圓形螺旋風管是采用寬為l0cm的鍍鋅鋼帶制成，整個風管具有螺距為l0cm的咬口接縫，所以粗

5、糙度K值不能簡單采用材料表面的絕對粗糙度，應考慮咬口接縫的影響因素，而應采用當量水力粗糙度表示。因此咬口接縫加工的質(zhì)量，直接影響到當量水力粗糙度數(shù)值的大小，亦即影晌螺旋風管的摩擦阻力系數(shù).由于各生產(chǎn)廠家的加工水平與選用材料不同，所以要對各廠生產(chǎn)的螺旋風管進行摩擦阻力的實驗研究，取得其摩擦阻力系數(shù)，制作計算圖表，以供用戶使用。由于流場特性主要取決于流道結構和操作參數(shù)，因此，由于截面形狀不同，三角形流道內(nèi)流體的流動特性肯定有別于其他截面形狀的螺旋流道.同時在實際的工程應用中，也存在三角形螺旋流道的典型應用，如角鋼夾套，它是將角鋼螺旋纏繞焊接在筒體狀容器的外側，角鋼與筒體外壁構成一個三角形截面螺旋流

6、道，流道內(nèi)通入加熱或冷卻介質(zhì)，可加熱或冷卻容器內(nèi)的物料。 與半圓形螺旋流道流體流動的阻力相比，當Re數(shù)相同且半圓形螺旋流道螺距、曲率半徑及當量直徑按模型1取值時，三角形螺旋流道的阻力較小，流體流動性能好，且隨Re增大，三角形螺旋流道的優(yōu)勢愈加明顯.在所研究的Re范圍內(nèi)，三角形螺旋流道的阻力系數(shù)廠為半圓管螺旋流道阻力系數(shù)的84.1%-99.5%.螺旋管由于其結構緊湊和高換熱性能等特點，在發(fā)電機組、核電設備、制冷和食品加工等工業(yè)場所被作為熱交換器的基本結構而廣泛使用。與直管相比，螺旋管具有較高的對流換熱效率。人們對圓形橫截面螺旋管已經(jīng)進行了一系列的理論、數(shù)值及實驗研究。采用數(shù)值分析方法，研究了扭矩

7、對矩形截面螺旋管內(nèi)充分發(fā)展態(tài)層流流動的影響。結果表明，螺旋管的曲率及扭矩是影響層流換熱性能的主要參數(shù)。在航空航天領域，如航空發(fā)動機、火箭發(fā)力機以及沖壓發(fā)動機的冷卻系統(tǒng)中，矩形橫截面內(nèi)螺旋管冷卻結構由于加工技術相對簡單，已被廣泛使用。目前，對于矩形橫截面螺旋管的研究仗部分局限于層流流動，對于湍流的研究非常有限。1.3本課題的研究方向?qū)W會使用Cambit和Fluent軟件，使用第二章Gambit和Fluent軟件的介紹由于我需要學習FLUENT來做畢業(yè)設計，王老師給了我一本書，王瑞金的FLUENT技術基礎與應用實例，當然，學這本書之前必須要有兩個條件：第一，具有流體力學的基礎，第二，有FLUENT

8、安裝軟件可以應用。然后就照著書上二維的計算例子，一個例子，一個步驟地去學習，然后學習三維，再針對具體你所遇到的項目進行針對性的計算。不能急于求成，從前理器GAMBIT，到通過FLUENT進行仿真，再到后處理，如TECPLOT，進行循序漸進的學習，堅持，效果是非常顯著的。如果身邊有懂得FLUENT的老師，那么遇到問題向老師請教是最有效的方法，碰到不懂的問題也可以上網(wǎng)或者查找相關書籍來得到答案。2.1Gambit軟件的介紹 GAMBIT軟件是面向CFD的專業(yè)前處理器軟件，它包含全面的幾何建模能力,既可以在GAMBIT內(nèi)直接建立點、線、面、體幾何，也可以從主流的CAD/CAE系統(tǒng)如PRO/E、UGI

9、I、IDEAS、CATIA、SOLIDWORKS、ANSYS、PATRAN導入幾何和網(wǎng)格，GAMBIT強大的布爾運算能力為建立復雜的幾何模型提供的極大的方便。GAMBIT具有靈活方便的幾何修正功能，當從接口中導入幾何時會自動的合并重合的點、線、面；GAMBIT在保證原始幾何精度的基礎上通過虛擬幾何自動的縫合小縫隙，這樣既可以保證幾何精度，又可以滿足網(wǎng)格劃分的需要。GAMBIT功能強大的網(wǎng)格劃分工具，可以劃分出包含邊界層等CFD特殊要求的高質(zhì)量的網(wǎng)格。GAMBIT中專有的網(wǎng)格劃分算法可以保證在較為復雜的幾何區(qū)域可以直接劃分出高質(zhì)量的六面體網(wǎng)格。GAMBIT中的TGRID方法可以在極其復雜的幾何區(qū)

10、域中可以劃分出與相鄰區(qū)域網(wǎng)格連續(xù)的完全非結構化的網(wǎng)格，GAMBIT網(wǎng)格劃分方法的選擇完全是智能化的，當你選擇一個幾何區(qū)域后GAMBIT會自動選擇最合適的網(wǎng)格劃分算法，是網(wǎng)格劃分過程變的極為容易。GAMBIT可以生成FLUENT5、FLUENT4.5、FIDAP、POLYFLOW、NEKTON、ANSYS等求解器所需要的網(wǎng)格。2.1.1Gambit軟件的特點 ACIS內(nèi)核基礎上的全面三維幾何建模能力，通過多種方式直接建立點、線、面、體，而且具有強大的布爾運算能力，ACIS內(nèi)核已提高為ACIS R12。該功能大大領先于其它CAE軟件的前處理器； 可對自動生成的Journal文件進行編輯，以自動控制

11、修改或生成新幾何與網(wǎng)格； 可以導入PRO/E、UG、CATIA、SOLIDWORKS、ANSYS、PATRAN等大多數(shù)CAD/CAE軟件所建立的幾何和網(wǎng)格。導入過程新增自動公差修補幾何功能，以保證GAMBIT與CAD軟件接口的穩(wěn)定性和保真性，使得幾何質(zhì)量高，并大大減輕工程師的工作量； 新增PRO/E、CATIA等直接接口， 使得導入過程更加直接和方便； 強大的幾何修正功能，在導入幾何時會自動合并重合的點、線、面；新增幾何修正工具條，在消除短邊、縫合缺口、修補尖角、去除小面、去除單獨輔助線和修補倒角時更加快速、自動、靈活，而且準確保證幾何體的精度； G/TURBO模塊可以準確而高效的生成旋轉(zhuǎn)機械

12、中的各種風扇以及轉(zhuǎn)子、定子等的幾何模型和計算網(wǎng)格； 強大的網(wǎng)格劃分能力，可以劃分包括邊界層等CFD特殊要求的高質(zhì)量網(wǎng)格。GAMBIT中專用的網(wǎng)格劃分算法可以保證在復雜的幾何區(qū)域內(nèi)直接劃分出高質(zhì)量的四面體、六面體網(wǎng)格或混合網(wǎng)格； 先進的六面體核心(HEXCORE)技術是GAMBIT所獨有的，集成了笛卡爾網(wǎng)格和非結構網(wǎng)格的優(yōu)點，使用該技術劃分網(wǎng)格時更加容易，而且大大節(jié)省網(wǎng)格數(shù)量、提高網(wǎng)格質(zhì)量； 居于行業(yè)領先地位的尺寸函數(shù)（Size function）功能可使用戶能自主控制網(wǎng)格的生成過程以及在空間上的分布規(guī)律，使得網(wǎng)格的過渡與分布更加合理，最大限度地滿足CFD分析的需要； GAMBIT可高度智能化地

13、選擇網(wǎng)格劃分方法，可對極其復雜的幾何區(qū)域劃分出與相鄰區(qū)域網(wǎng)格連續(xù)的完全非結構化的混合網(wǎng)格； 新版本中增加了新的附面層網(wǎng)生成器，可以方便地生成高質(zhì)量的附面層網(wǎng)格； 可為FLUENT、POLYFLOW、 FIDAP、ANSYS等解算器生成和導出所需要的網(wǎng)格和格式。2.1.2 Gambit的操作步驟步驟1：啟動Gambit軟件步驟2：文件的創(chuàng)建及求解器的選擇步驟3：創(chuàng)建控制點步驟4：創(chuàng)建邊步驟5：創(chuàng)建面步驟6：體的創(chuàng)建步驟7：實體網(wǎng)格的劃分步驟8：邊界條件類型的指定步驟9：Mesh文件的輸出2.2 Fluent軟件的介紹Fluent是目前國際上比較流行的商用CFD軟件包，在美國的市場占有率為60%，

14、凡是和流體、熱傳遞和化學反應等有關的工業(yè)均可使用。它具有豐富的物理模型、先進的數(shù)值方法和強大的前后處理功能。CFD商業(yè)軟件FLUENT，是通用CFD軟件包，用來模擬從不可壓縮到高度可壓縮范圍內(nèi)的復雜流動。由于采用了多種求解方法和多重網(wǎng)格加速收斂技術，因而FLUENT能達到最佳的收斂速度和求解精度。靈活的非結構化網(wǎng)格和基于解的自適應網(wǎng)格技術及成熟的物理模型，使FLUENT在轉(zhuǎn)換與湍流、傳熱與相變、化學反應與燃燒、多相流、旋轉(zhuǎn)機械、動/變形網(wǎng)格、噪聲、材料加工、燃料電池等方面有廣泛應用。目前與FLUENT配合最好的標準網(wǎng)格軟件是ICEM，而不是早已過時的GAMBIT。2.2.1 Fluent FL

15、UENT軟件特點(1) Fluent 軟件采用基于完全非結構化網(wǎng)格的有限體積法，而且具有基于網(wǎng)格節(jié)點和網(wǎng)格單元的梯度算法；(2)定常/非定常流動模擬，而且新增快速非定常模擬功能； (3) Fluent T軟件中的動/變形網(wǎng)格技術主要解決邊界運動的問題，用戶只需指定初始網(wǎng)格和運動壁面的邊界條件，余下的網(wǎng)格變化完全由解算器自動生成。網(wǎng)格變形方式有三種：彈簧壓縮式、動態(tài)鋪層式以及局部網(wǎng)格重生式。其局部網(wǎng)格重生式是Fluent 所獨有的，而且用途廣泛，可用于非結構網(wǎng)格、變形較大問題以及物體運動規(guī)律事先不知道而完全由流動所產(chǎn)生的力所決定的問題；(4) Fluent 軟件具有強大的網(wǎng)格支持能力，支持界面不

16、連續(xù)的網(wǎng)格、混合網(wǎng)格、動/變形網(wǎng)格以及滑動網(wǎng)格等。值得強調(diào)的是，F(xiàn)LUENT軟件還擁有多種基于解的網(wǎng)格的自適應、動態(tài)自適應技術以及動網(wǎng)格與網(wǎng)格動態(tài)自適應相結合的技術；(5) Fluent 軟件包含三種算法：非耦合隱式算法、耦合顯式算法、耦合隱式算法，是商用軟件中最多的；(6) Fluent 軟件包含豐富而先進的物理模型，使得用戶能夠精確地模擬無粘流、層流、湍流。湍流模型包含Spalart-Allmaras模型、k-模型組、k-模型組、雷諾應力模型(RSM)組、大渦模擬模型(LES)組以及最新的分離渦模擬(DES)和V2F模型等。另外用戶還可以定制或添加自己的湍流模型；(7)適用于牛頓流體、非牛

17、頓流體；含有強制/自然/混合對流的熱傳導，固體/流體的熱傳導、輻射；化學組份的混合/反應；(8)自由表面流模型，歐拉多相流模型，混合多相流模型，顆粒相模型，空穴兩相流模型，濕蒸汽模型；融化溶化/凝固；蒸發(fā)/冷凝相變模型；風扇，散熱器，以熱交換器為對象的集中參數(shù)模型(9)離散相的拉格朗日跟蹤計算；非均質(zhì)滲透性、慣性阻抗、固體熱傳導，多孔介質(zhì)模型（考慮多孔介質(zhì)壓力突變）；慣性或非慣性坐標系，復數(shù)基準坐標系及滑移網(wǎng)格；動靜翼相互作用模型化后的接續(xù)界面；基于精細流場解算的預測流體噪聲的聲學模型；質(zhì)量、動量、熱、化學組份的體積源項；豐富的物性參數(shù)的數(shù)據(jù)庫；(10)磁流體模塊主要模擬電磁場和導電流體之間的

18、相互作用問題；連續(xù)纖維模塊主要模擬纖維和氣體流動之間的動量、質(zhì)量以及熱的交換問題；(11)高效率的并行計算功能，提供多種自動/手動分區(qū)算法；內(nèi)置MPI并行機制大幅度提高并行效率。另外，F(xiàn)LUENT特有動態(tài)負載平衡功能，確保全局高效并行計算；(12) Fluent 軟件提供了友好的用戶界面，并為用戶提供了二次開發(fā)接口（UDF）；(13) Fluent FLUENT軟件采用C/C+語言編寫，從而大大提高了對計算機內(nèi)存的利用率。(14)在CFD軟件中，F(xiàn)luent軟件是目前國內(nèi)外使用最多、最流行的商業(yè)軟件之一。Fluent的軟件設計基于"CFD計算機軟件群的概念",針對每一種流動

19、的物理問題的特點，采用適合于它的數(shù)值解法在計算速度、穩(wěn)定性和精度等各方面達到最佳。由于囊括了Fluent Dynamical International比利時PolyFlow和Fluent Dynamical International(FDI)的全部技術力量(前者是公認的在黏彈性和聚合物流動模擬方面占領先地位的公司,后者是基于有限元方法CFD軟件方面領先的公司 ),因此Fluent具有以上軟件的特點。2.2.2 Fluent的求解器求解步驟1：Fluent求解器的選擇步驟2：網(wǎng)格的相關操作步驟3：選擇計算模型步驟4：定義流體的物理性質(zhì)步驟5：設置邊界條件步驟6：求解方法的設置及其控制步驟7：

20、Tecplot后處理第三章 Fluent實例簡介一、模擬實驗目的和內(nèi)容本模擬實驗的目的主要有3個：（1）學生初步了解并掌握Fluent求解問題的一般過程，主要包括前處理、計算、后處理三個部分。（2）理解計算機求解問題的原理，即通過對系統(tǒng)進行離散化，從而求解代數(shù)方程組，求得整個系統(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熱定律的求解結果相比較，驗證數(shù)值模擬的可靠性。實驗內(nèi)容主要包括：（1）模擬一維穩(wěn)態(tài)導熱平板內(nèi)的溫度分布。（2）模擬一維穩(wěn)態(tài)導熱總的傳熱量。二、實例簡介圖1-1 導熱計算區(qū)域示意圖如圖1-1所示，平板的長寬度遠遠大于它的厚度，平板的上部保持高溫，平板的下部保持低溫。平板的

21、長高比為30，可作為一維問題進行處理。需要求解平板內(nèi)的溫度分布以及整個穩(wěn)態(tài)傳熱過程的傳熱量。三、實例操作步驟1. 利用Gambit對計算區(qū)域離散化和指定邊界條件類型步驟1：啟動Gambit軟件并建立新文件在路徑C:Fluent.Incntbinntx86下打開gambit文件（雙擊后稍等片刻），其窗口布局如然后是建立新文件，操作為選擇FileNew打開對話框。在ID文本框中輸入onedim作為文件名，然后單擊Accept按紐，在隨后顯示的對話框中單擊Yes按紐保存。步驟2：創(chuàng)建幾何圖形選擇OperationGeometryFace ，打開對話框。 在Width內(nèi)輸入30，在Height中輸入1

22、，在Direction下選擇+X+Y坐標系，然后單擊Apply，并在Global Control下點擊 ，則出現(xiàn)幾何圖形。步驟3：網(wǎng)格劃分（1）邊的網(wǎng)格劃分 當幾何區(qū)域確定之后，接下來就需要對幾何區(qū)域進行離散化，即進行網(wǎng)格劃分。選擇OperationMeshEdge，打開對話框。在Edges后面的黃色對話框中選中edge.1和edge.3。也可以采用Shift鼠標左鍵的方法選中edge.1和edge.3。然后在Spacing中選擇Interval count，在其左邊的對話框中輸入100，即將這兩個邊各劃分成100個等份。最后點擊Apply確認。則出網(wǎng)格劃分。 采用同樣的方法對面的其它邊進行網(wǎng)

23、格劃分，設定edge.2和edge.4的Spacing對應的數(shù)值為10，注意Spacing的類型仍然為Interval count，可以得到所示面上各邊的網(wǎng)格劃分。（2）面的網(wǎng)格劃分對邊進行網(wǎng)格劃分實際上是對計算區(qū)域的邊界進行離散化，計算區(qū)域的內(nèi)部同樣需要進行離散化，需要對計算區(qū)域進行面網(wǎng)格劃分。選擇OperationMeshFace ，打開對話框。在Faces后面的黃色框中選中face.1，選中之后，可以看到面上的邊均變成紅色，表示選擇成功。對話框中的其它選項均保持默認值，此時Spacing的類型為Interval size，它左邊的默認值為1。點擊Apply確認。步驟4：邊界條件類型的指定

24、在指定邊界條件之前，需要選定一個求解器，因為不同求解器的邊界類型不一樣。這里選擇SolveFluent5/6，選擇之后Gambit布局窗口標題欄中的Solve:Generic將變成Solve: Fluent5/6。選擇OperationZone，打開對話框,指定邊界條件的類型。首先指定面的上邊為熱源。具體操作為在Name右邊的白色框中輸入heat，選擇Entity下面的類型為Edges，然后在Edges右邊的黃色對話框中選擇熱源對應的邊edge.3，點擊Apply之后就將edge3定義成了熱源。用同樣的方法可以將下邊定義成冷源cold。左右兩條邊可以不需要定義，保持Gambit默認即可。都定義

25、完之后，可以得到邊界名稱和邊界類型。步驟5：指定計算區(qū)域的類型Gambit默認的計算區(qū)域的類型為流體，而這里墻體內(nèi)部的材料為固體，因此需要設置。設置方法為：選擇OperationZone，打開窗口，選擇Type為Solid，選擇Entity為Faces，并在Faces右邊的黃色對話框中選擇面face.1，然后點擊應用，即將計算區(qū)域的類型指定為固體區(qū)域。步驟6：網(wǎng)格文件的輸出選擇FileExportMesh打開輸出文件的對話框。注意只有選擇了Export 2-D(X-Y) Mesh選項之后才能輸出為.msh文件。點擊Accept之后，窗口下面的Transcript內(nèi)出現(xiàn)Mesh was succ

26、essfully written to onedim.msh，表示網(wǎng)格文件輸出成功。2. 利用Fluent求解器進行求解利用Gambit軟件繪制出幾何圖形、劃分網(wǎng)格、指定邊界類型以及輸出Mesh文件，然后用Fluent將網(wǎng)格文件導入，便可以對其進行數(shù)值求解。步驟1：網(wǎng)格文件的讀入、檢查及顯示啟動Fluent的2D求解器之后，首先需要對網(wǎng)格文件進行讀入并檢查。啟動Fluent后，在Versions中選擇2d，點擊Run按鈕即可。（1）網(wǎng)格文件的讀入選擇FileReadCase在C:Fluent.Incntbinntx86下找到onedim.msh文件并將其讀入（2）檢查網(wǎng)格文件選擇GridChe

27、ck對網(wǎng)格文件進行檢查，這里要注意最小的網(wǎng)格體積（minimum volume）值一定要大于0。（3）顯示網(wǎng)格選擇DisplayGrid，出現(xiàn)網(wǎng)格顯示對話框。網(wǎng)格文件的各個部分的顯示可以通過Surfaces下面列表框中某個部分是否選中來控制。Surfaces下面列表框中的都被選中，此時單擊Display，就會看到網(wǎng)格形狀。步驟2：選擇計算模型一維導熱模型的控制方程只有能量方程，只需要選擇DefineModelsEnergy，然后在出現(xiàn)的對話框中選中Energy Equation,單擊OK即完成了方程的選擇。步驟3：定義固體的物理性質(zhì)選擇DefineMaterials, 打窗口，在Materia

28、l Type選項中選擇solid，F(xiàn)luent默認的固體材料為鋁aluminum，我們假定平板的材料為鋁，材料的屬性取默認值，點擊Change/Create按鈕，再點擊Close即可。步驟4：設置邊界條件選擇DefineBoundary Conditions，對計算區(qū)域的邊界條件進行具體設置。對熱源heat的邊界類型wall點擊set，出現(xiàn)的對話框，將默認的Thermal Condition下的heat Flux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行設置，其溫度為300。即熱源和冷源的溫度差為10K。步驟5：求解設

29、置（1）初始化選擇SolveInitializeInitialize，打開對話框。依次點擊Init、Apply和Close按鈕。（2）殘差設置選擇SolveMonitorsResidual，打開對話框。選擇Options下面的Plot復選項，則可在計算時動態(tài)地顯示計算殘差。并將energy右邊的殘差設定為1e-08，然后點擊OK按鈕（3）迭代計算選擇SolveIterate，打開對話框。設置Number of Iterations 為200。然后單擊Iterate按鈕，就會顯示計算過程。步驟6：保存結果選擇FileWriteCase & Data，保存所有的設置和所有的數(shù)據(jù)。四、模擬實

30、驗結果經(jīng)過上面的迭代計算，就可以查看模擬計算的結果。模擬結果的主要包括三個方面：（1）平板內(nèi)部的溫度分布；（2）平板內(nèi)部的溫度梯度；（3）平板總的傳熱量。（1）平板的溫度分布選擇DisplayContours，出現(xiàn)對話框，在Contours of 下選擇Temperature 和Static Temperature，單擊Display出現(xiàn)一個窗口，按住鼠標中間向右拖動將等溫度圖適當放大（圖形的縮放、移動可以通過Display -> Mouse Button來打開Mouse Buttons（鼠標按鍵）面板進行設定。），即可得到溫度分布。在Contours窗口中選中Options中的Fill

31、ed，可以得到的溫度分布云圖。（3）平板的總傳熱量選擇ReportFluxes，打開對話框，在Options下選擇Total Heat Transfer Rate， Boundaries下選擇heat，然后單擊Compute即可得到平板的總熱流量為60726.6W。根據(jù)傅立葉導熱定律計算的理論結果為60720W，相對誤差為0.01%，表明結果正確。Fluent保存和編輯圖形的方法：左鍵（或右鍵）點擊顯示窗口左上角的圖標，點開后最下面有三個選項：Page Setup、Print及Copy to Clipboard，選擇Page Setup，出現(xiàn)如下圖所示窗口。按照上面窗口的設置完成后點擊OK，再

32、選擇Copy to Clipboard，再到WORD中粘貼，即可得到彩色白底圖形。在Page Setup中，Picture Format（圖形格式）一欄中可以將圖形格式設為Vector（矢量）或Raster（光柵）。其中Vector（矢量）格式清晰度高，但操作速度較慢，Raster（光柵）格式清晰度稍差，但操作速度較快，可以根據(jù)自己的需要決定圖形格式。第四章數(shù)值模擬及計算4.1模型的建立需要以下建立模型（1） 管徑長軸a=10，短軸b=10（2） 螺旋管半徑Rc=50，螺距p=20實際操作步驟（1）利用Gambit對計算區(qū)域離散化和指定邊界條件類型步驟1：啟動Gambit軟件并建立新文件在路徑

33、C:Fluent.Incntbinntx86下打開gambit文件然后是建立新文件，操作為選擇FileNew打開入圖4-1所示的對話框。圖4-1建立新文件在ID文本框中輸入onedim作為文件名，然后單擊Accept按紐，在隨后顯示的圖4-2對話框中單擊Yes按紐保存。圖4-2 確認保存對話框步驟2：創(chuàng)建幾何圖形選擇OperationGeometryVertex打開圖4-3所示的對話框。圖4-3 創(chuàng)建點的對話框在Global內(nèi)輸入x，y，z各控制點坐標，單擊apply按鈕，改點就會在控制框內(nèi)顯示出來，重復這一操作，可以得出四個點。選擇OperationGeometryedge打開圖4-4所示的

34、對話框。圖4-4創(chuàng)建線的對話框 在Verticies內(nèi)選中點，然后單擊apply，就會出現(xiàn)一跳線 重復這個操作就會得到以下圖形選擇OperationGeometryedge 打開如圖4-5所示的對話框圖4-5 創(chuàng)建螺旋線參照圖中的數(shù)據(jù)選項，單擊apply按鈕生成4-6所示的圖形。圖4-6幾何圖形的顯示選擇OperationGeometryFace ，打開圖4-7所示的對話框。圖4-7 面的創(chuàng)建在edges內(nèi)選中4條邊，然后單擊apply，就會出現(xiàn)一個面 。選擇選擇OperationGeometryVolume，打開圖4-8所示的對話框。圖4-8體的創(chuàng)建步驟3：網(wǎng)格劃分（1）面的網(wǎng)格劃分對邊進行

35、網(wǎng)格劃分實際上是對計算區(qū)域的邊界進行離散化，計算區(qū)域的內(nèi)部同樣需要進行離散化，需要對計算區(qū)域進行面網(wǎng)格劃分。選擇OperationMeshFace ，打開圖4-9所示的對話框。圖4-9 面網(wǎng)格劃分對話框在Faces后面的黃色框中選中face.1，選中之后，可以看到面上的邊均變成紅色，表示選擇成功。對話框中的其它選項均保持默認值，此時Spacing的類型為Interval size，它左邊的默認值為1。點擊Apply確認。（2）體的網(wǎng)格劃分選擇OperationMeshvolmues ，打開圖4-10所示的對話框圖4-10體網(wǎng)格劃分對話框在Volumes后面的黃色框中選中Volumes.1，選中

36、之后，可以看到面上的邊均變成紅色，表示選擇成功。對話框中的其它選項均保持默認值，此時Spacing的類型為Interval size，它左邊的默認值為1。點擊Apply確認。就得到如圖4-11所示的幾何圖形。圖4-11 網(wǎng)格的劃分步驟4：邊界條件類型的指定在指定邊界條件之前，需要選定一個求解器，因為不同求解器的邊界類型不一樣。這里選擇SolveFluent5/6，選擇之后Gambit布局窗口標題欄中的Solve:Generic將變成Solve: Fluent5/6。選擇OperationZone，打開對話框,指定邊界條件的類型。首先指定面的上邊為熱源。具體操作為在Name右邊的白色框中輸入in

37、let，選擇Entity下面的類型為faces，然后在faces右邊的黃色對話框中選擇熱源對應的邊f(xié)aces.1，在type內(nèi)選擇類型為VELOCITY_INLET，點擊Apply之后就將inlet定義成了入口面。用同樣的方法可以將下邊定義出口面outlet和內(nèi)邊加熱面nei，保持Gambit默認即可。都定義完之后，可以得到圖4-12的邊界名稱和邊界類型。圖4-12邊界條件的指定步驟5：網(wǎng)格文件的輸出選擇FileExportMesh打開輸出文件的對話框，如圖1-15所示。圖4-13輸出文件對話框注意只有選擇了Export 2-D(X-Y) Mesh選項之后才能輸出為.msh文件。點擊Accep

38、t之后，窗口下面的Transcript內(nèi)出現(xiàn)Mesh was successfully written to onedim.msh，表示網(wǎng)格文件輸出成功。2. 利用Fluent求解器進行求解利用Gambit軟件繪制出幾何圖形、劃分網(wǎng)格、指定邊界類型以及輸出Mesh文件，然后用Fluent將網(wǎng)格文件導入，便可以對其進行數(shù)值求解。步驟1：網(wǎng)格文件的讀入、檢查及顯示啟動Fluent的3D求解器之后，首先需要對網(wǎng)格文件進行讀入并檢查。啟動Fluent后出現(xiàn)下面的窗口，在Versions中選擇3d，點擊Run按鈕即可。（1）網(wǎng)格文件的讀入選擇FileReadCase在C:Fluent.Incntbinn

39、tx86下找到onedim.msh文件并將其讀入，如圖1-16所示。（2）檢查網(wǎng)格文件選擇GridCheck對網(wǎng)格文件進行檢查，這里要注意最小的網(wǎng)格體積（minimum volume）值一定要大于0。（3）顯示網(wǎng)格選擇DisplayGrid，出現(xiàn)網(wǎng)格顯示對話框，如圖4-15所示。圖4-15 網(wǎng)格顯示對話框網(wǎng)格文件的各個部分的顯示可以通過Surfaces下面列表框中某個部分是否選中來控制。如圖1-17所示的Surfaces下面列表框中的都被選中，此時單擊Display，就會看到的網(wǎng)格形狀。步驟2：選擇計算模型選擇DefineModelsEnergy，然后在出現(xiàn)的如圖4-16所示的對話框中選中En

40、ergy Equation,單擊OK即完成了方程的選擇。圖4-16能量方程的選擇對話框步驟3：定義水的物理性質(zhì)選擇DefineMaterials, 打開如圖4-17所示窗口，在Material Type選項中選擇fluid，F(xiàn)luent默認的流體為空氣air，我們假定流體為水water，材料的屬性取默認值，點擊Change/Create按鈕，再點擊Close即可。圖4-17水的屬性步驟4：設置邊界條件選擇DefineBoundary Conditions，對計算區(qū)域的邊界條件進行具體設置。對流體的類型選擇水，inlet的邊界類型VELOCITY_INLET點擊set，出現(xiàn)圖4-18所示的對話框

41、，將默認的速度改為0.0896。nei邊的邊界類型為wall，Thermal Condition下Temperature右邊的白色文本框內(nèi)輸入350K如圖4-19所示。圖4-18 速度邊界條件的設定圖4-19熱源邊界條件的設定步驟5：求解設置（1）初始化選擇SolveInitializeInitialize，打開如圖4-20所示的對話框。Compute內(nèi)選擇inlet，依次點擊Init、Apply和Close按鈕。圖4-20 初始化對話框（2）殘差設置選擇SolveMonitorsResidual，打開如圖4-21所示的對話框。選擇Options下面的Plot復選項，則可在計算時動態(tài)地顯示計算

42、殘差。將x，y，z的殘差設定為1e-06,并將energy右邊的殘差設定為1e-06，然后點擊OK按鈕。圖4-21 殘差設置對話框（3）迭代計算選擇SolveIterate，打開如圖4-22所示的對話框。設置Number of Iterations 為200。然后單擊Iterate按鈕，就會顯示圖4-22所示的計算過程。圖4-22 迭代設置對話框 圖1-25 迭代求解過程（3） SurfaceIso_Surface和Iso_clip創(chuàng)建面，在Line/Rake中創(chuàng)建線。（4） ReportSurface Integrals計算平均溫度，阻力系數(shù)和Nu。步驟6：保存結果選擇FileWriteCa

43、se & Data，保存所有的設置和所有的數(shù)據(jù)。Fluent保存和編輯圖形的方法：左鍵（或右鍵）點擊顯示窗口左上角的圖標，點開后最下面有三個選項：Page Setup、Print及Copy to Clipboard，選擇Page Setup，出現(xiàn)如下圖所示窗口。按照上面窗口的設置完成后點擊OK，再選擇Copy to Clipboard，再到WORD中粘貼，即可得到彩色白底圖形。在Page Setup中，Picture Format（圖形格式）一欄中可以將圖形格式設為Vector（矢量）或Raster（光柵）。其中Vector（矢量）格式清晰度高，但操作速度較慢，Raster（光柵）格式

44、清晰度稍差，但操作速度較快，可以根據(jù)自己的需要決定圖形格式。第五章 計算結果及分析5.1.雷諾數(shù)對矩形螺旋管流動特性和傳熱特性的影響建立以下模型，其中截面邊長a=10，邊長b=10，螺旋半徑Rc=50，螺距h=20，截取z=0 x>0 y>30的速度圖，分別取雷諾數(shù)Re=500，1000，1500，2000，2500對比其流動特性和傳熱特性。5.1.1雷諾數(shù)對矩形截面的螺旋管流動特性的影響。（1）雷諾數(shù)對速度場的影響X方向 Re=500 Re=1000 Re=1500 Re=2000 Re=2500Y方向 Re=500 Re=1000 Re=1500 Re=2000 Re=2500Z方向 Re=500 Re=1000 Re=1500 Re=2000Re=2500從圖5.1中可以看出，螺旋管的截面在X向速度等值線主要分布在兩個區(qū)域中，分別位于長軸兩端及中心線區(qū)域，長軸兩端區(qū)域速度等值線大致相同且速度方向相反。在Y向速度等值線則沿長軸和短軸之間的一條斜線上分成形狀大致相同且速度相反的兩個區(qū)域。而在Z軸上。最大等值線靠