《單管換熱器數(shù)值計算》課程設(shè)計報告

1、單管換熱器數(shù)值計算報告 專 業(yè)： 學(xué) 號： 姓 名： 指導(dǎo)教師： 2014年9月目 錄第一章 課程設(shè)計任務(wù)書- 1 -1.1 設(shè)計目的：- 1 -1.2 設(shè)計內(nèi)容：- 1 -第二章 軟件介紹- 2 -2.1 Gambit軟件介紹- 2 -2.2 Fluent軟件介紹- 2 -第三章 Gambit前處理- 3 -3.1 Gambit建立模型- 3 -3.2 Gambit劃分網(wǎng)格- 8 -3.3 Gambit邊界條件定義- 10 -第四章 Fluent前處理- 12 -4.1導(dǎo)入并檢查模型網(wǎng)格- 12 -4.2 求解設(shè)置- 12 -4.3 Fluent求解過程- 13 -第五章 后處理- 14 -

2、5.1 Fluent后處理- 14 -第六章 總結(jié)- 18 -第一章 課程設(shè)計任務(wù)書1.1 設(shè)計目的：1.學(xué)習(xí)掌握流體數(shù)值模擬計算的基本流程2.初步認(rèn)識流體計算軟件Fluent，了解基本計算過程。3.通過計算探討換熱器的影響因素。1.2 設(shè)計內(nèi)容：1.復(fù)習(xí)課本，了解數(shù)值計算基本流程。2.按照給定的模型尺寸，建立單管換熱器三維模型。3.將換熱器三維模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分，并設(shè)置邊界條件。4.將網(wǎng)格模型導(dǎo)入Fluent，設(shè)置計算模型和邊界條件并完成計算。5.處理計算結(jié)果，得出結(jié)論。6.將計算結(jié)果保存并完成課程設(shè)計報告。第二章 軟件介紹2.1 Gambit軟件介紹Gambit是fluent公司推出的一款網(wǎng)

3、格生成軟件（相對于計算結(jié)果的后處理，也有人習(xí)慣于把網(wǎng)格生成軟件稱為前處理軟件），其主要功能包括幾何建模和網(wǎng)格生成。 Gambit主要是作為fluent的網(wǎng)格生成軟件，因此也被稱為fluent的御用網(wǎng)格生成軟件。由于gambit只支持unix環(huán)境，因此在其他操作系統(tǒng)下需要安裝exceed來模擬unix運行環(huán)境?，F(xiàn)在有的人關(guān)于exceed，gambit和fluent的關(guān)系搞不清楚，現(xiàn)在可以將其關(guān)系總結(jié)如下：Exceed：如果你是非unix系統(tǒng)，那么就必須安裝，并且在gambit之前安裝，與fluent的安裝無關(guān)。Gambit軟件的主要功能是網(wǎng)格劃分，當(dāng)然也有實體建模的功能，并可導(dǎo)入大多數(shù)三維建模軟

4、件的模型文件，其次是設(shè)置邊界條件，最后導(dǎo)出網(wǎng)格。2.2 Fluent軟件介紹Fluent軟件的主要功能是求解和后處理，讀入來自Gambit的網(wǎng)格數(shù)據(jù)后，設(shè)置相應(yīng)參數(shù)后，迭代計算求解，最后進(jìn)行結(jié)果的顯示和輸出。第三章 Gambit前處理3.1 Gambit建立模型1.建立換熱器套體模型圖3.1.1 做點：（0,0,0），（100,0,0），（0,100,0）圖3.1.2 以這三點作圓面。圖3.1.3 拉伸圓面作圓柱（Z軸正方向拉伸10000）。2.重復(fù)步驟1； 圖3.1.4 作半徑為25的小圓圖3.1.5 作出長1100，直徑50，與套體同軸圓柱圖3.1.6 將小圓柱向Z軸負(fù)方向平移503.重復(fù)

5、步驟1；作直徑為50的冷水進(jìn)出口。圖3.1.7 作直徑為50的冷水進(jìn)出口4.合并這4個體。圖3.1.8 合并體5.分割該體，分別得到熱水管路和冷水管路。1）拉升線，edge.3作面，拉伸長度為1100。圖3.1.9 拉伸面2）用該面去切割體1。圖3.1.10 面切割體3.2 Gambit劃分網(wǎng)格1.熱水管路網(wǎng)格（采用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格）1）劃分face.4網(wǎng)格（大小為11），劃分face.5,13,17網(wǎng)格（大小為11），劃分體2網(wǎng)格（大小為11）圖3.2.1 得熱水管路網(wǎng)格2.劃分冷水管路網(wǎng)格（采用非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格）1）劃分face.1網(wǎng)格（大小為11）圖3.2.2 劃分面12）劃分套體網(wǎng)格（大小為11

6、）圖3.2.3 套體網(wǎng)格3） 檢查劃分好的網(wǎng)格圖3.2.4 檢查分好的網(wǎng)格4） 網(wǎng)格數(shù)據(jù)3.3 Gambit邊界條件定義1.關(guān)閉網(wǎng)格顯示圖3.3.1 關(guān)閉網(wǎng)格顯示2.定義face.4（Re-in）為速度入口（VELOCITY_INLET）圖3.3.2 設(shè)置邊界條件3. 同理，定義其它邊界條件如下表：表1 邊界定義名稱標(biāo)注名邊界類型冷水進(jìn)口Leng-inVELOCITY_INLET冷水出口Leng-outPRESSURE_OUTLET冷水壁面Leng-wallWALL熱水出口Re-outPRESSURE_OUTLET熱水進(jìn)口Re-inVELOCITY_INLET熱水壁面Re-wallWALL4.

7、邊界條件定義完成。輸出Mesh文件。圖3.3.3輸出網(wǎng)格文件（Mesh文件）第四章 Fluent前處理4.1導(dǎo)入并檢查模型網(wǎng)格1.選擇3d求解器啟動Fluent，導(dǎo)入mesh文件。 圖4.1.1 啟動Fluent，導(dǎo)入mesh文件2.檢查網(wǎng)格（看是否負(fù)體積），并調(diào)整模型大小單位（默認(rèn)大小為m，調(diào)整為mm）。 圖4.1.2 調(diào)整單位4.2 求解設(shè)置1.選擇求解器。相應(yīng)設(shè)置如圖（Pressure Based 壓力基適用于低速不可壓流，Density Based 密度基 適用于高速可壓流；求梯度的方法選擇Green-Gauss Node Based，非常適合于非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格。Implicit 隱式消耗內(nèi)

8、存，收斂快；Explicit 顯式 節(jié)省內(nèi)存，收斂慢。2.開啟能量方程并選擇求解模型（選擇k-e模型，其他設(shè)置默認(rèn)）。3.定義流體屬性和固體屬性。4. 設(shè)置邊界條件。邊界設(shè)置如下表所示：表2 邊界條件邊界名Leng-inLeng-outLeng-wallRe-inRe-outRe-wall邊界類型及參數(shù)速度入口V=5m/sT=293k壓力出口（默認(rèn)）壁面換熱系數(shù)：16w/m2材料：steel壁厚：0.003m速度入口V=5m/sT=353k壓力出口（默認(rèn)）壁面換熱系數(shù)：16w/m2材料：steel壁厚：0.005m4.3 Fluent求解過程1.迭代計算。點擊Iterate后開始迭代，在迭代過

9、程中會顯示殘差圖，判斷收斂情況。2.生成的殘差圖圖4.3.1 殘差圖第五章 后處理5.1 Fluent后處理1. 中軸面上結(jié)果圖。選中Filled，Display顯示壓力云圖圖5.1.1 壓力云圖速度圖：圖5.1.2 速度圖溫度圖：圖5.1.3 溫度圖2.換熱器速度矢量圖。圖5.1.4 速度矢量圖3.換熱器內(nèi)流線圖。圖5.1.5 內(nèi)流線1圖5.1.6 內(nèi)流線24. 提取冷熱水出口平均溫度。（導(dǎo)出溫度數(shù)據(jù)處理） 表3 冷熱水出口溫度序號熱出溫度序號熱出溫度序號冷出溫度1351.78222351.8851293.9862351.74323351.8222294.0963351.86724352.0

10、063294.0184351.98425351.8354293.9275351.80926352.0295294.1276352.02827351.8066294.1667351.73728351.9317294.1598351.94329351.8068293.9369351.66330352.0169293.89810351.79731351.77810293.92311351.69232351.98611294.01412351.90833352.33912293.97113351.75434352.22113294.04314351.96935352.28914294.10115351.78636352.30715294.1116351.98837352.25717 351.838352.32218352.00339352.27619351.77840352.42120351.97141352.25321351.771平均值351.8463平均值294.0317第