傳熱學(xué)數(shù)值模擬實(shí)例教程(袁老師)

1、傳熱學(xué)數(shù)值模擬實(shí)例教程 王志軍編著鄧權(quán)威河南理工大學(xué)二九年十二月前 言一、實(shí)驗(yàn)說(shuō)明導(dǎo)熱問(wèn)題實(shí)際上就是對(duì)導(dǎo)熱微分方程（能量方程）在規(guī)定的定解條件下進(jìn)行求解，而對(duì)流問(wèn)題除了對(duì)能量方程進(jìn)行求解外，往往還需對(duì)質(zhì)量守恒方程以及動(dòng)量方程進(jìn)行求解。對(duì)于少數(shù)幾何形狀以及邊界條件簡(jiǎn)單的問(wèn)題能獲得分析解，但對(duì)于大多數(shù)工程技術(shù)中遇到的許多幾何形狀或邊界條件復(fù)雜的導(dǎo)熱對(duì)流問(wèn)題，數(shù)學(xué)上還無(wú)法得除其分析解。另一方面，在近幾十年中，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，數(shù)值模擬技術(shù)得到了飛速的發(fā)展，其中CFD（計(jì)算流體力學(xué)）能解決流體流動(dòng)，傳熱傳質(zhì)等很多工程問(wèn)題，因而發(fā)展非?？?。Fluent作為目前國(guó)際上最流行的商用CFD軟件之一，在

2、美國(guó)和中國(guó)的市場(chǎng)占有率都超過(guò)60%。只要涉及到流體、熱傳遞以及化學(xué)方法等問(wèn)題都可以用Fluent進(jìn)行求解。它具有豐富的物理模型、先進(jìn)的數(shù)值方法以及強(qiáng)大的前后處理功能，在航空航天、汽車(chē)設(shè)計(jì)、石油天然氣、消防火災(zāi)、環(huán)境分析等方面都有著廣泛的應(yīng)用。本模擬實(shí)例庫(kù)主要是運(yùn)用成熟的Fluent軟件對(duì)傳熱學(xué)的一些簡(jiǎn)單問(wèn)題進(jìn)行數(shù)值求解，主要包括一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問(wèn)題的求解，二維多熱源的穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問(wèn)題，二維方腔內(nèi)自然對(duì)流和混合對(duì)流，管內(nèi)強(qiáng)制對(duì)流換熱問(wèn)題的數(shù)值模擬。模擬實(shí)驗(yàn)的目的在于是為同學(xué)們提供一個(gè)形象直觀而又生動(dòng)的工具，為本科傳熱學(xué)的學(xué)習(xí)提供一個(gè)新的視角，使傳熱學(xué)的學(xué)習(xí)從抽象的理論中解放出來(lái)，變得直接而有主動(dòng)，增強(qiáng)他

3、們學(xué)習(xí)的興趣與動(dòng)力，從枯燥的灌輸中解放出來(lái)。另一方面數(shù)值模擬還能加深學(xué)生對(duì)基本概念、基本規(guī)律的理解。楊世銘說(shuō)：“傳熱學(xué)課程的教學(xué)應(yīng)當(dāng)從以往的單純地為后續(xù)專(zhuān)業(yè)課服務(wù)而轉(zhuǎn)變到著重培養(yǎng)學(xué)生的素質(zhì)與能力方面來(lái)。通過(guò)將CFD數(shù)值模擬方法滲透到傳熱學(xué)的本科實(shí)驗(yàn)中，為培養(yǎng)學(xué)生的素質(zhì)與能力提供一個(gè)強(qiáng)有力的工具，最終促進(jìn)學(xué)生創(chuàng)新能力和應(yīng)用能力的全面提升。二、Fluent軟件簡(jiǎn)介Fluent軟件是美國(guó)Fluent公司開(kāi)發(fā)的通用CFD流場(chǎng)計(jì)算分析軟件，囊括了Fluent Dynamic International、比利時(shí)Polyflow和Fluent Dynamic International（FDI）的全部技術(shù)力

4、量（前者是公認(rèn)的粘彈性和聚合物流動(dòng)模擬方面占領(lǐng)先地位的公司，而后者是基于有限元方法CFD軟件方面領(lǐng)先的公司）。Fluent是用于計(jì)算流體流動(dòng)和傳熱問(wèn)題的程序。它提供的非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格生成程序，對(duì)相對(duì)復(fù)雜的幾何結(jié)構(gòu)網(wǎng)格生成非常有效?？梢陨傻木W(wǎng)格包括二維的三角形和四邊形網(wǎng)格；三維的四面體、六面體及混合網(wǎng)格。Fluent還可根據(jù)計(jì)算結(jié)果調(diào)整網(wǎng)格，這種網(wǎng)格的自適應(yīng)能力對(duì)于精確求解有較大梯度的流場(chǎng)有很實(shí)際的作用。由于網(wǎng)格自適應(yīng)和調(diào)整只是在需要加密的流動(dòng)區(qū)域里實(shí)施，而非整個(gè)流場(chǎng)，因此可以節(jié)約計(jì)算時(shí)間。（1）程序的結(jié)構(gòu)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

5、)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(guò)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。圖1 基本程序結(jié)構(gòu)示意圖利用Fluent軟件進(jìn)行流體流動(dòng)與傳熱的模擬計(jì)算流程如圖1所示。首先利用GAMBIT進(jìn)行流動(dòng)區(qū)域幾何形狀的構(gòu)建、邊界類(lèi)型以及網(wǎng)格的生成，并輸出用于Fluent求解器計(jì)算的格式；然后利用Fluent求解器對(duì)流動(dòng)區(qū)域進(jìn)行求解計(jì)算，并進(jìn)行計(jì)算結(jié)果的后處理。（2）Fluent程序

6、可以求解的問(wèn)題Fluent軟件可以采用三角形、四邊形、四面體、六面體及其混合網(wǎng)格，基本控制體形狀如圖2所示。Fluent軟件可以計(jì)算二維和三維流動(dòng)問(wèn)題，在計(jì)算過(guò)程中，網(wǎng)格可以自適應(yīng)調(diào)整。圖2  Fluent的基本控制體形狀Fluent軟件的應(yīng)用范圍非常廣泛，主要范圍如下：(1)可壓縮與不可壓縮流動(dòng)問(wèn)題。(2)穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)流動(dòng)問(wèn)題。(3)無(wú)黏流，層流及湍流問(wèn)題。(4)牛頓流體及非牛頓流體。(5)對(duì)流換熱問(wèn)題（包括自然對(duì)流和混合對(duì)流）。(6)導(dǎo)熱與對(duì)流換熱耦合問(wèn)題。(7)輻射換熱。(8)慣性坐標(biāo)系和非慣性坐標(biāo)系下的流動(dòng)問(wèn)題模擬。(9)用Lagrangian軌道模型模擬稀疏相（顆粒，水滴，氣

7、泡等）。(10)一維風(fēng)扇、熱交換器性能計(jì)算。(11)兩相流問(wèn)題。(12)復(fù)雜表面形狀下的自由面流動(dòng)問(wèn)題。 （3）用Fluent程序求解問(wèn)題的步驟利用Fluent軟件進(jìn)行求解的步驟如下：(1)確定幾何形狀，生成計(jì)算網(wǎng)格（用GAMBIT，也可以讀入其他指定程序生成的網(wǎng)格）。(2)輸入并檢查網(wǎng)格。(3)選擇求解器（2D或3D等）。(4)選擇求解的方程：層流或湍流（或無(wú)粘流），化學(xué)組分或化學(xué)反應(yīng)，傳熱模型等。確定其他需要的模型，如：風(fēng)扇、熱交換器、多孔介質(zhì)等模型。(5)確定流體的材料物性。(6)確定邊界類(lèi)型及其邊界條件。(7)條件計(jì)算控制參數(shù)。(8)流場(chǎng)初始化。(9)求解計(jì)算。(10)保存結(jié)

8、果，進(jìn)行后處理等。（4）關(guān)于FLUENT求解器的說(shuō)明 (1)Fluent2d二維單精度求解器；(2)Fluent3d三維單精度求解器：(3)Fluent2ddp二維雙精度求解器；(4)Fluent3ddp三維雙精度求解器。（5）Fluent求解方法的選擇Fluent求解方法有非耦合求解、耦合隱式求解、耦合顯式求解。非耦合求解方法主要用于不可壓縮或低馬赫數(shù)壓縮性流體的流動(dòng)。耦合求解方法則可以用在高速可壓縮流動(dòng)。FLUENT默認(rèn)設(shè)置是非耦合求解，但對(duì)于高速可壓流動(dòng)，或需要考慮體積力(浮力或離心力)的流動(dòng)，求解問(wèn)題時(shí)網(wǎng)格要比較密，建議采用耦合隱式求解方法求解能量和動(dòng)量方程，可較快地得到收斂

9、解。缺點(diǎn)是需要的內(nèi)存比較大（是非耦合求解迭代時(shí)間的1.5-2.0倍）。如果必須要耦合求解，但機(jī)器內(nèi)存不夠時(shí)，可以考慮用耦合顯式解法器求解問(wèn)題。該解法器也耦合了動(dòng)量，能量及組分方程，但內(nèi)存卻比隱式求解方法小。缺點(diǎn)是收斂時(shí)間比較長(zhǎng)。（6）邊界條件的確定利用Fluent軟件包進(jìn)行計(jì)算過(guò)程中，邊界條件的正確設(shè)置是關(guān)鍵的一步。設(shè)置邊界條件的方法一般是在利用GAMBIT建模過(guò)程中設(shè)定的，也可以在Fluent求解器中對(duì)邊界類(lèi)型進(jìn)行重新設(shè)定。Fluent軟件提供了十余種類(lèi)型的進(jìn)、出口邊界條件，分別介紹如下：(1)速度入口(velocity-inlet)：給出入口邊界上的速度。(2)壓力入口(pressure-

10、inlet)：給出入口邊界上的總壓。(3)質(zhì)量入口(mess-flow-inlet)：給出入口邊界上的質(zhì)量流量。(4)壓力出口(pressure-outlet)：給定流動(dòng)出口邊界上的靜壓。(5)無(wú)窮遠(yuǎn)壓力邊界(pressure-far-field)：該邊界條件用于可壓縮流動(dòng)。(6)自由出流(outflow)：對(duì)于出流邊界上的壓力或速度均為未知的情形，可以選擇自由出流邊界條件。(7)進(jìn)口通風(fēng)(inlet vent)：進(jìn)口通風(fēng)邊界條件需要給定入口損失系數(shù)、流動(dòng)方向和進(jìn)口環(huán)境總壓和總溫。(8)進(jìn)口風(fēng)扇(intakefan)：進(jìn)口風(fēng)扇邊界條件需要給定壓降、流動(dòng)方向和環(huán)境總壓和總溫。(9)出口通風(fēng)(ou

11、tletvent)：出口通風(fēng)邊界條件用于模擬出口通風(fēng)情況，并給定一個(gè)損失系數(shù)以及環(huán)境（出口）壓力和溫度。排出風(fēng)扇給定損失系數(shù)和環(huán)境靜壓和靜溫。出口通風(fēng)邊界條件需要給定如下參數(shù)：靜壓、回流條件、輻射參數(shù)、離散相邊界條件、損失系數(shù)。(10)排氣扇(exhaustfan)：排風(fēng)扇給定壓降，環(huán)境靜壓。排氣扇邊界條件用于模擬外部排氣扇，給定一個(gè)壓升和環(huán)境壓力。(11)對(duì)稱(chēng)邊界(symmetry)：對(duì)稱(chēng)邊界條件適用于流動(dòng)及傳熱場(chǎng)是對(duì)稱(chēng)的情形。(12)周期性邊界(periodic)。(13)固壁邊界(wall)：對(duì)于黏性流動(dòng)問(wèn)題，F(xiàn)LUENT默認(rèn)設(shè)置是壁面無(wú)滑移條件。對(duì)于壁面有平移運(yùn)動(dòng)或者旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，可以指

12、定壁面切向速度分量，也可以給出壁面切應(yīng)力從而模擬壁面滑移。根據(jù)流動(dòng)情況，可以計(jì)算壁面切應(yīng)力和與流體換熱情況。壁面熱邊界條件包括固定熱通量、固定溫度、對(duì)流換熱系數(shù)、外部輻射換熱、外部輻射換熱與對(duì)流換熱等。（7）后處理功能Fluent軟件自帶的專(zhuān)用圖形后處理模塊能夠顯示流場(chǎng)分析中用到的各種圖形及曲線，如速度矢量圖、等值線圖（流線圖、等壓線圖等）、等值面云圖（等溫面等）、跡線圖、XY-PLOT功能、體積（或面積）積分功能（力、流量等）、用戶定義量的顯示、殘差和計(jì)算值的監(jiān)控等。三、實(shí)驗(yàn)過(guò)程中注意事項(xiàng)（1）建立文件時(shí)（即ID），以自己的姓名全拼+數(shù)值來(lái)命名，如姓名為“張三”，則文件名（ID）分別為“zh

13、angsan01”、 “zhangsan02”、 “zhangsan03”等等。（2）注意對(duì)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FileExit。（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.Incntbinntx86文件夾中的default_id.lok文件刪除。四、預(yù)習(xí)與思考題實(shí)驗(yàn)前注意預(yù)習(xí)對(duì)流數(shù)值求解方法，并對(duì)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。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求實(shí)驗(yàn)報(bào)告按照此指導(dǎo)書(shū)

14、所附的“熱工學(xué)試驗(yàn)報(bào)告”進(jìn)行書(shū)寫(xiě)，要求詳細(xì)闡明實(shí)驗(yàn)的目的、意義以及具體的操作過(guò)程，最后顯示實(shí)驗(yàn)的具體結(jié)果，并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析比較。目 錄第一章 一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的數(shù)值模擬1第二章 二維雙熱源穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的數(shù)值模擬15第三章 二維密閉方腔自然對(duì)流的數(shù)值模擬25第四章 二維方腔混合對(duì)流的數(shù)值模擬40第一章 一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的數(shù)值模擬一、模擬實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛢?nèi)容本模擬實(shí)驗(yàn)的目的主要有3個(gè)：（1）學(xué)生初步了解并掌握Fluent求解問(wèn)題的一般過(guò)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(wèn)題的原理，即通過(guò)對(duì)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(chǎng)分布。（3）模擬系統(tǒng)總的傳熱量并與傅立葉

15、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。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要包括：（1）模擬一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱平板內(nèi)的溫度分布。（2）模擬一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱總的傳熱量。二、實(shí)例簡(jiǎn)介圖1-1 導(dǎo)熱計(jì)算區(qū)域示意圖如圖1-1所示，平板的長(zhǎng)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(zhǎng)高比為30，可作為一維問(wèn)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(guò)程的傳熱量。三、實(shí)例操作步驟1. 利用Gambit對(duì)計(jì)算區(qū)域離散化和指定邊界條件類(lèi)型步驟1：?jiǎn)?dòng)Gambit軟件并建立新文件在路徑C:Fluent.Incntbinntx86下打開(kāi)gambit文件（雙擊后稍等片刻），其窗口布局如圖1-2所示。圖1-

16、2 Gambit窗口的布局然后是建立新文件，操作為選擇FileNew打開(kāi)如圖1-3所示的對(duì)話框。圖1-3 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1-4對(duì)話框中單擊Yes按紐保存。圖1-4 確認(rèn)保存對(duì)話框步驟2：創(chuàng)建幾何圖形選擇OperationGeometryFace ，打開(kāi)圖1-5所示的對(duì)話框。圖1-5 創(chuàng)建面的對(duì)話框 在Width內(nèi)輸入30，在Height中輸入1，在Direction下選擇+X+Y坐標(biāo)系，然后單擊Apply，并在Global Control下點(diǎn)擊 ，則出現(xiàn)圖1-6所示的幾何圖形。圖1-6 幾何圖形的顯示步驟3：網(wǎng)格劃分

17、（1）邊的網(wǎng)格劃分 當(dāng)幾何區(qū)域確定之后，接下來(lái)就需要對(duì)幾何區(qū)域進(jìn)行離散化，即進(jìn)行網(wǎng)格劃分。選擇OperationMeshEdge，打開(kāi)圖1-7所示的對(duì)話框。 圖1-7 邊網(wǎng)格劃分對(duì)話框在Edges后面的黃色對(duì)話框中選中edge.1和edge.3。也可以采用Shift鼠標(biāo)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(duì)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)。則出現(xiàn)圖1-8所示的邊網(wǎng)格劃分。圖1-8 上下邊網(wǎng)格的劃分 采用同樣的方法對(duì)面的其它邊進(jìn)行網(wǎng)格劃分，設(shè)定edge.2和edge.4的Spacin

18、g對(duì)應(yīng)的數(shù)值為10，注意Spacing的類(lèi)型仍然為Interval count，可以得到如圖1-9所示面上各邊的網(wǎng)格劃分。圖1-9 各邊的網(wǎng)格劃分（2）面的網(wǎng)格劃分對(duì)邊進(jìn)行網(wǎng)格劃分實(shí)際上是對(duì)計(jì)算區(qū)域的邊界進(jìn)行離散化，計(jì)算區(qū)域的內(nèi)部同樣需要進(jìn)行離散化，需要對(duì)計(jì)算區(qū)域進(jìn)行面網(wǎng)格劃分。選擇OperationMeshFace ，打開(kāi)圖1-10所示的對(duì)話框。圖1-10 面網(wǎng)格劃分對(duì)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(duì)話框中的其它選項(xiàng)均保持默認(rèn)值，此時(shí)Spacing的類(lèi)型為Interval size，它左邊的默認(rèn)值為1。點(diǎn)擊Apply確認(rèn)可

19、以看到圖1-11所示的面網(wǎng)格劃分情況。圖1-11 面的網(wǎng)格劃分步驟4：邊界條件類(lèi)型的指定在指定邊界條件之前，需要選定一個(gè)求解器，因?yàn)椴煌蠼馄鞯倪吔珙?lèi)型不一樣。這里選擇SolveFluent5/6，選擇之后Gambit布局窗口標(biāo)題欄中的Solve:Generic將變成Solve: Fluent5/6。選擇OperationZone，打開(kāi)圖1-12所示的對(duì)話框,指定邊界條件的類(lèi)型。圖1-12 邊界條件指定對(duì)話框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(lèi)型為Edges，然后在Edges右邊的黃色對(duì)話框中選擇熱源對(duì)應(yīng)的邊edge.3，點(diǎn)擊Appl

20、y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(rèn)即可。都定義完之后，可以得到圖1-13的邊界名稱(chēng)和邊界類(lèi)型。圖1-13 熱源和冷源邊界條件的指定步驟5：指定計(jì)算區(qū)域的類(lèi)型Gambit默認(rèn)的計(jì)算區(qū)域的類(lèi)型為流體，而這里墻體內(nèi)部的材料為固體，因此需要設(shè)置。設(shè)置方法為：選擇OperationZone，打開(kāi)如圖1-14所示窗口，選擇Type為Solid，選擇Entity為Faces，并在Faces右邊的黃色對(duì)話框中選擇面face.1，然后點(diǎn)擊應(yīng)用，即將計(jì)算區(qū)域的類(lèi)型指定為固體區(qū)域。圖1-14 指定計(jì)算區(qū)域的類(lèi)型步驟6：網(wǎng)格文件的

21、輸出選擇FileExportMesh打開(kāi)輸出文件的對(duì)話框，如圖1-15所示。圖1-15 輸出文件對(duì)話框注意只有選擇了Export 2-D(X-Y) Mesh選項(xiàng)之后才能輸出為.msh文件。點(diǎn)擊Accept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(jìn)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(lèi)型以及輸出Mesh文件，然后用Fluent將網(wǎng)格文件導(dǎo)入，便可以對(duì)其進(jìn)行數(shù)值求解。步驟1：網(wǎng)格文件的讀入、檢查及顯示啟動(dòng)Fluent的2D求解器之后，首

22、先需要對(duì)網(wǎng)格文件進(jìn)行讀入并檢查。啟動(dòng)Fluent后出現(xiàn)下面的窗口，在Versions中選擇2d，點(diǎn)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，如圖1-16所示。圖1-16 導(dǎo)入網(wǎng)格文件（2）檢查網(wǎng)格文件選擇GridCheck對(duì)網(wǎng)格文件進(jìn)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(duì)話框，如圖1-17所示。圖1-17 網(wǎng)格顯示對(duì)話框網(wǎng)格文件的各個(gè)部分的顯示可以通過(guò)Surfaces下面列表框中某個(gè)部分

23、是否選中來(lái)控制。如圖1-17所示的Surfaces下面列表框中的都被選中，此時(shí)單擊Display，就會(huì)看到如圖1-18所示的網(wǎng)格形狀。圖1-18 Fluent中的網(wǎng)格顯示步驟2：選擇計(jì)算模型一維導(dǎo)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)的如圖1-19所示的對(duì)話框中選中Energy Equation,單擊OK即完成了方程的選擇。圖1-19 能量方程的選擇對(duì)話框步驟3：定義固體的物理性質(zhì)選擇DefineMaterials, 打開(kāi)如圖1-20所示窗口，在Material Type選項(xiàng)中選擇solid，F(xiàn)luent默認(rèn)的固體材料為鋁aluminum，我們

24、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。圖1-20 固體材料的屬性步驟4：設(shè)置邊界條件選擇DefineBoundary Conditions，對(duì)計(jì)算區(qū)域的邊界條件進(jìn)行具體設(shè)置。對(duì)熱源heat的邊界類(lèi)型wall點(diǎn)擊set，出現(xiàn)圖1-21所示的對(duì)話框，將默認(rèn)的Thermal Condition下的heat Flux改為第一類(lèi)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(duì)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。圖1-21 邊界條件的設(shè)定步驟5：求解設(shè)置（1）初始化選擇S

25、olveInitializeInitialize，打開(kāi)如圖1-22所示的對(duì)話框。依次點(diǎn)擊Init、Apply和Close按鈕。圖1-22 初始化對(duì)話框（2）殘差設(shè)置選擇SolveMonitorsResidual，打開(kāi)如圖1-23所示的對(duì)話框。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。圖1-23 殘差設(shè)置對(duì)話框（3）迭代計(jì)算選擇SolveIterate，打開(kāi)如圖1-24所示的對(duì)話框。設(shè)置Number of Iterations 為200。然后單擊Iterate按鈕，就會(huì)顯示圖1-25所示的計(jì)算過(guò)程。 圖1

26、-24 迭代設(shè)置對(duì)話框 圖1-25 迭代求解過(guò)程步驟6：保存結(jié)果選擇FileWriteCase & Data，保存所有的設(shè)置和所有的數(shù)據(jù)。四、模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果經(jīng)過(guò)上面的迭代計(jì)算，就可以查看模擬計(jì)算的結(jié)果。模擬結(jié)果的主要包括三個(gè)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)圖1-26所示的對(duì)話框，在Contours of 下選擇Temperature 和Static Temperature，單擊Display出現(xiàn)一個(gè)窗口，按住鼠標(biāo)中間向右拖動(dòng)將等溫度圖適當(dāng)放大（圖形的縮放、移動(dòng)可以通過(guò)Display

27、 -> Mouse Button來(lái)打開(kāi)Mouse Buttons（鼠標(biāo)按鍵）面板進(jìn)行設(shè)定。），即可得到如圖1-27b所示的溫度分布。圖1-26 等溫線對(duì)話框圖1-27a 平板內(nèi)的溫度分布云圖圖1-27b 平板內(nèi)的等溫線分布（局部放大）從圖1-27b可以得到，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）平板的溫度梯度 Fluent本身的計(jì)算結(jié)果不包含溫度梯度，為了得到溫度梯度的值，需要在Fluent里按回車(chē)鍵，然后輸入solve回車(chē)，接著輸入set回車(chē)，接著輸入expert回車(chē)，在接下來(lái)出現(xiàn)的詢問(wèn)語(yǔ)句keep temporary sover memor

28、y from being freed?后面輸入Yes。然后重復(fù)“利用Fluent求解器進(jìn)行求解”中步驟5的初始化和迭代計(jì)算，就能得到溫度梯度的分布。具體操作為選擇DisplayContours，出現(xiàn)圖1-28所示的對(duì)話框，在Contours of 下選擇Temperature 和Reconsruction dT/dY，單擊Compute，即可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。圖1-28 平板內(nèi)的溫度梯度（3）平板的總傳熱量選擇ReportFluxes，打開(kāi)圖1-29所示對(duì)話框，在Options下選擇Total Heat T

29、ransfer Rate， 圖1-29 平板的總傳熱量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(dǎo)熱定律計(jì)算的理論結(jié)果為60720W，相對(duì)誤差為0.01%，表明結(jié)果正確。Fluent保存和編輯圖形的方法：左鍵（或右鍵）點(diǎn)擊顯示窗口左上角的圖標(biāo)，點(diǎn)開(kāi)后最下面有三個(gè)選項(xiàng)：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(shè)置完成后點(diǎn)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，Pi

30、cture Format（圖形格式）一欄中可以將圖形格式設(shè)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。52第二章 二維雙熱源穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的數(shù)值模擬一、模擬實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛢?nèi)容本模擬實(shí)驗(yàn)的目的主要有3個(gè)：（1）理解二維空間固體的熱量傳遞的控制方程（2）通過(guò)模擬，初步了解離散熱源之間的相互作用情況。（3）通過(guò)溫度梯度與等溫線正交，理解二維空腔內(nèi)熱傳遞過(guò)程。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要包括：（1）模擬二維穩(wěn)態(tài)密閉空腔內(nèi)的溫度分布。（2）通過(guò)溫度梯度，模擬二維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的傳熱過(guò)程。二、實(shí)例簡(jiǎn)

31、介圖2-1 二維密閉空腔雙熱源穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱示意圖如圖2-1所示，左右兩側(cè)為兩個(gè)熱源，下部為冷源，分為五種情況討論熱源元之間的相互作用情況。左側(cè)熱源為，左側(cè)熱源為，下部冷源保持低溫。平板的長(zhǎng)度：高度：冷源長(zhǎng)度為30:20:10。需要求解空腔內(nèi)的溫度分布以及熱流線分布情況。三、實(shí)例操作步驟1. 利用Gambit對(duì)計(jì)算區(qū)域離散化和指定邊界條件類(lèi)型步驟1：?jiǎn)?dòng)Gambit軟件并建立新文件在路徑C:Fluent.Incntbinntx86下打開(kāi)gambit.exe文件，其窗口布局如上一章圖1-2所示。然后是建立新文件，操作為選擇FileNew打開(kāi)入圖2-2所示的對(duì)話框。圖2-2 建立新文件在ID文本框中輸入

32、twodim作為文件名，然后單擊Accept按紐，在隨后顯示的圖2-3對(duì)話框中單擊Yes按紐保存。圖2-3 確認(rèn)保存對(duì)話框步驟2：創(chuàng)建幾何圖形 由點(diǎn)到線再到面創(chuàng)建如下圖2-4a所示的二維空腔面。形成面時(shí)要選中所有的邊。圖2-4a 幾何圖形的顯示圖2-4b 形成面的操作步驟3：網(wǎng)格劃分（1）邊的網(wǎng)格劃分 當(dāng)幾何區(qū)域確定之后，接下來(lái)就需要對(duì)幾何區(qū)域進(jìn)行離散化，即進(jìn)行網(wǎng)格劃分。選擇OperationMeshEdge，打開(kāi)如第一章圖1-7所示的對(duì)話框。在Edges后面的黃色對(duì)話框中選中edge.1至edge.7，也可以采用Shift鼠標(biāo)左鍵的方法選中edge.1至edge.7。然后在Spacing中選

33、擇Interval count，在其左邊的對(duì)話框中輸入20，即將這兩個(gè)邊各劃分成20個(gè)等份。最后點(diǎn)擊Apply確認(rèn)。采用同樣的方法對(duì)面的其它邊進(jìn)行網(wǎng)格劃分，設(shè)定edge.8的Spacing對(duì)應(yīng)的數(shù)值為60，注意Spacing的類(lèi)型仍然為Interval count，則出現(xiàn)圖2-5所示的各邊的網(wǎng)格劃分。 圖2-5 各邊網(wǎng)格劃分（2）面的網(wǎng)格劃分對(duì)邊進(jìn)行網(wǎng)格劃分實(shí)際上是對(duì)計(jì)算區(qū)域的邊界進(jìn)行離散化，計(jì)算區(qū)域的內(nèi)部同樣需要進(jìn)行離散化，需要對(duì)計(jì)算區(qū)域進(jìn)行面網(wǎng)格劃分。選擇OperationMeshFace ，打開(kāi)如第一章圖1-10所示的對(duì)話框。在Faces后面的黃色框中選中face.1，選中之后，可以看到

34、面上的邊均變成紅色，表示選擇成功。對(duì)話框中的其它選項(xiàng)均保持默認(rèn)值，此時(shí)Spacing的類(lèi)型為Interval size，它左邊的默認(rèn)值為1。點(diǎn)擊Apply確認(rèn)可以看到圖2-6所示的面網(wǎng)格劃分情況。圖2-6 面的網(wǎng)格劃分步驟4：邊界條件類(lèi)型的指定在指定邊界條件之前，需要選定一個(gè)求解器，因?yàn)椴煌蠼馄鞯倪吔珙?lèi)型不一樣。這里選擇SolveFluent5/6，選擇之后Gambit布局窗口標(biāo)題欄中的Solve:Generic將變成Solve: Fluent5/6。選擇OperationZone，打開(kāi)如第一章圖1-12所示的對(duì)話框,指定邊界條件的類(lèi)型。首先指定面的左邊為熱源1，右邊為熱源2，底部為冷源。具

35、體操作為在Name右邊的白色框中輸入名稱(chēng)，選擇Entity下面的類(lèi)型為Edges，然后在Edges右邊的黃色對(duì)話框中選擇熱源對(duì)應(yīng)的邊，點(diǎn)擊Apply即可。其它邊可以不需要定義，保持Gambit默認(rèn)即可。都定義完之后，可以得到圖2-7的邊界名稱(chēng)和邊界類(lèi)型。圖2-7 熱源和冷源邊界條件的指定步驟5：指定計(jì)算區(qū)域的類(lèi)型Gambit默認(rèn)的計(jì)算區(qū)域的類(lèi)型為流體，而這里墻體內(nèi)部的材料為固體，因而需要在圖2-8中選擇Type為Solid，選擇Entity為Faces，并在Faces右邊的黃色對(duì)話框中選擇面face.1，然后點(diǎn)擊應(yīng)用，即將計(jì)算區(qū)域的類(lèi)型指定為固體區(qū)域。圖2-8 指定計(jì)算區(qū)域的類(lèi)型步驟6：網(wǎng)格文

36、件的輸出選擇FileExportMesh打開(kāi)輸出文件的對(duì)話框，如圖2-9所示。圖2-9 輸出文件對(duì)話框注意只有選擇了Export 2-D(X-Y) Mesh選項(xiàng)之后才能輸出為.msh文件。點(diǎn)擊Accept之后，窗口下面的Transcript內(nèi)出現(xiàn)Mesh was successfully written to twodim.msh，表示網(wǎng)格文件輸出成功。2. 利用Fluent求解器進(jìn)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(lèi)型以及輸出Mesh文件，然后用Fluent將網(wǎng)格文件導(dǎo)入，便可以對(duì)其進(jìn)行數(shù)值求解決。步驟1：網(wǎng)格文件的讀入、檢查及顯示啟動(dòng)Fluent的2D求解器之后，

37、首先需要對(duì)網(wǎng)格文件進(jìn)行讀入并檢查。（1）網(wǎng)格文件的讀入選擇FileReadCase在C:Fluent.Incntbinntx86下找到twodim.msh文件并將其讀入。（2）檢查網(wǎng)格文件選擇GridCheck對(duì)網(wǎng)格文件進(jìn)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，在出現(xiàn)網(wǎng)格顯示對(duì)話框中單擊Display，就會(huì)看到如圖2-10所示的網(wǎng)格形狀。圖2-10 Fluent中的網(wǎng)格顯示步驟2：選擇計(jì)算模型一維導(dǎo)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)的如圖2-11所示的對(duì)話框中

38、選中Energy Equation,單擊OK即完成了方程的選擇。圖2-11 能量方程的選擇對(duì)話框步驟3：定義固體的物理性質(zhì)選擇DefineMaterials, 打開(kāi)如圖2-12所示窗口，在Material Type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，再點(diǎn)擊Close。圖2-12 固體材料的屬性步驟4：設(shè)置邊界條件選擇DefineBoundary Conditions，對(duì)計(jì)算區(qū)域的邊界條件進(jìn)行具體設(shè)置。對(duì)熱源heat1的邊界類(lèi)型wall點(diǎn)擊set，出現(xiàn)圖2-13所示的對(duì)話框，將默認(rèn)的Th

39、ermal Condition下的heat Flux改為第一類(lèi)邊界條件Temperature，在Temperature右邊的白色文本框內(nèi)輸入1000。用同樣的方法對(duì)熱源heat2和冷源進(jìn)行設(shè)置，熱源heat2溫度為400。冷源溫度為300。圖2-13 邊界條件的設(shè)定步驟5：求解設(shè)置（1）初始化選擇SolveInitializeInitialize，打開(kāi)如圖2-14所示的對(duì)話框。依次點(diǎn)擊Init、Apply和Close按鈕。圖2-14 初始化對(duì)話框（2）殘差設(shè)置選擇SolveMonitorsResidual，打開(kāi)如圖2-15所示的對(duì)話框。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

40、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。圖2-15 殘差設(shè)置對(duì)話框（3）迭代計(jì)算選擇SolveIterate，設(shè)置Number of Iterations 為350。然后單擊Iterate按鈕，就會(huì)顯示圖2-16所示的計(jì)算過(guò)程。 圖2-16 迭代求解過(guò)程步驟6：保存結(jié)果選擇FileWriteCase & Data，保存所有的設(shè)置和所有的數(shù)據(jù)。四、模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果經(jīng)過(guò)上面的迭代計(jì)算，就可以查看二維空腔內(nèi)的溫度分布。選擇DisplayContours，出現(xiàn)第一章圖1-26所示的對(duì)話框，在Contours of 下選擇Temperature 和Static T

41、emperature，單擊Display出現(xiàn)一個(gè)窗口，按住鼠標(biāo)中間向右拖動(dòng)將等溫度圖適當(dāng)放大，即可得到如圖2-17a所示的等溫線分布。選中Options中的Filled，就可得到如圖2-17b所示的溫度分布云圖。 圖2-17a 二維空腔內(nèi)的等溫線分布圖2-17b 二維空腔內(nèi)溫度分布云圖 根據(jù)傅立葉導(dǎo)熱定律，熱流與等溫線正交，可得如2-17a紅線所示為熱量的傳遞方向。同時(shí)可以改變熱源1的溫度，熱源2溫度保持400不變，即通過(guò)改變邊界條件，空腔內(nèi)的溫度分布將發(fā)生改變，從而熱量的傳遞過(guò)程也發(fā)生改變。分別得到圖2-18所示的情況。隨著hot1熱源（溫度或?qū)崦娣e）的減弱，系統(tǒng)導(dǎo)熱經(jīng)歷了五種狀態(tài)變化。當(dāng)

42、熱源1遠(yuǎn)遠(yuǎn)強(qiáng)于熱源2時(shí)，熱源1分別傳熱給熱源2和冷源。當(dāng)熱源2增強(qiáng)時(shí)，熱源1和熱源2分別傳熱給冷源，但熱源1傳遞了更多的熱量，圖中以粗線表示。當(dāng)熱源1與熱源2強(qiáng)度相等時(shí)，則等量傳熱給冷源。當(dāng)熱源1繼續(xù)減弱時(shí)，傳熱過(guò)程恰好與前面的相反。這就如同拔河比賽，力量的對(duì)比將展示5種不同的基本結(jié)果。 （a） （b） （c） （d）圖2-18 熱源1溫度降低時(shí)二維空腔內(nèi)的等溫線分布第三章 二維密閉方腔自然對(duì)流的數(shù)值模擬一、模擬實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛢?nèi)容本實(shí)驗(yàn)的目的主要有4個(gè)：（1）掌握用相似原理進(jìn)行數(shù)值模擬的方法；（2）掌握對(duì)流問(wèn)題數(shù)值求解的一般流程；（3）掌握自然對(duì)流的后處理方法；（4）學(xué)會(huì)采用Nusselt數(shù)表征流

43、體的傳熱能力。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容主要包括：（1）模擬二維密閉方腔自然對(duì)流的流場(chǎng)分布。（2）模擬二維自然對(duì)流的溫度場(chǎng)分布。（3）采用Nusselt數(shù)表征流體的傳熱能力的強(qiáng)弱。二、實(shí)例簡(jiǎn)介圖2-1 流體計(jì)算區(qū)域示意圖流體計(jì)算區(qū)域如圖2-1所示，一個(gè)密閉的方腔內(nèi)有一流體，方腔的左邊為高溫壁面，方腔的左邊為高溫壁面，上下壁面均為絕熱壁面。平板的長(zhǎng)高比為1:1，需要計(jì)算方腔內(nèi)的流場(chǎng)分布、溫度分布以及表征傳熱強(qiáng)弱的Nusselt數(shù)。三、實(shí)例操作步驟1. 利用Gambit對(duì)計(jì)算區(qū)域離散化和指定邊界條件類(lèi)型步驟1：?jiǎn)?dòng)Gambit軟件并建立新文件在路徑C:Fluent.Incntbinntx86下打開(kāi)gambit.ex

44、e文件，其窗口布局如圖3-2所示。圖3-2 Gambit窗口的布局然后是建立新文件，操作為選擇FileNew打開(kāi)入圖2-3所示的對(duì)話框。圖3-3 建立新文件在ID文本框中輸入natural convection作為文件名，然后單擊Accept按紐，在隨后顯示的圖3-4對(duì)話框中單擊Yes按紐保存。圖3-4 確認(rèn)保存對(duì)話框步驟2：創(chuàng)建幾何圖形選擇OperationGeometryFace ，打開(kāi)圖3-5所示的對(duì)話框。圖3-5 創(chuàng)建面的對(duì)話框 在Width內(nèi)輸入1，在Height中輸入1，在Direction下選擇+X+Y坐標(biāo)系，然后單擊Apply，并在Global Control下點(diǎn)擊 ，則出現(xiàn)圖

45、3-6所示的幾何圖形。圖3-6 幾何圖形的顯示步驟3：網(wǎng)格劃分（1）邊的網(wǎng)格劃分 當(dāng)幾何區(qū)域確定之后，接下來(lái)就需要對(duì)幾何區(qū)域進(jìn)行離散化，即進(jìn)行網(wǎng)格劃分。選擇OperationMeshEdge，打開(kāi)圖3-7所示的對(duì)話框。在Edges后面的黃色對(duì)話框中選中所有的邊。也可以采用Shift鼠標(biāo)左鍵的方法選中所有的邊。然后在Invert 左邊選擇Double sided，設(shè)置Ratio 1和Ratio 2的值均為1.1，在Spacing中選擇Interval count，在其左邊的對(duì)話框中輸入30，即將所有的都劃分成30個(gè)等份。最后點(diǎn)擊Apply確認(rèn)。則出現(xiàn)圖3-8所示的邊網(wǎng)格劃分。圖3-7 邊網(wǎng)格劃分

46、對(duì)話框圖3-8 各邊的網(wǎng)格劃分（2）面的網(wǎng)格劃分對(duì)邊進(jìn)行網(wǎng)格劃分實(shí)際上是對(duì)計(jì)算區(qū)域的邊界進(jìn)行離散化，計(jì)算區(qū)域的內(nèi)部同樣需要進(jìn)行離散化，需要對(duì)計(jì)算區(qū)域進(jìn)行面網(wǎng)格劃分。 選擇OperationMeshFace ，打開(kāi)圖3-9所示的對(duì)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(duì)話框中的其它選項(xiàng)均保持默認(rèn)值，此時(shí)Spacing的類(lèi)型為Interval size，它左邊的默認(rèn)值為1。點(diǎn)擊Apply確認(rèn)可以看到圖3-10所示的面網(wǎng)格劃分情況。圖3-9 面網(wǎng)格劃分對(duì)話框圖3-10 面的網(wǎng)格劃分步驟4：邊界條件類(lèi)型的指定在指定邊界條件之前，需要選定一

47、個(gè)求解器，因?yàn)椴煌蠼馄鞯倪吔珙?lèi)型不一樣。這里選擇SolveFluent5/6，選擇之后Gambit布局窗口標(biāo)題欄中的Solve:Generic將變成Solve: Fluent5/6。選擇OperationZone，打開(kāi)圖3-11所示的對(duì)話框,指定邊界條件的類(lèi)型。首先指定方腔的左邊為熱源。具體操作為在Name右邊的白色框中輸入heat，選擇Entity下面的類(lèi)型為Edges，然后在Edges右邊的黃色對(duì)話框中選擇熱源對(duì)應(yīng)的邊edge.4，點(diǎn)擊Apply之后就將edge4定義成了熱源。用同樣的方法可以將方腔的右邊edge2定義成冷源cold。方腔的上下兩條邊可以不需要定義，保持Gambit默認(rèn)即

48、可。都定義完之后，可以得到圖3-12的邊界名稱(chēng)和邊界類(lèi)型。圖3-11 邊界條件指定對(duì)話框圖3-12冷、熱源邊界條件的指定步驟5：網(wǎng)格文件的輸出選擇FileExportMesh打開(kāi)輸出文件的對(duì)話框，如圖3-13所示。圖3-13 輸出文件對(duì)話框注意只有選擇了Export 2-D(X-Y) Mesh選項(xiàng)之后才能輸出為.msh文件。點(diǎn)擊Accept之后，窗口下面的Transcript內(nèi)出現(xiàn)Mesh was successfully written to natural convection.msh，表示網(wǎng)格文件輸出成功。2. 利用Fluent求解器進(jìn)行求解利用Gambit軟件繪制出幾何圖形、劃分網(wǎng)格、

49、指定邊界類(lèi)型以及輸出Mesh文件，然后用Fluent將網(wǎng)格文件導(dǎo)入，便可以對(duì)其進(jìn)行數(shù)值求解決。步驟1：網(wǎng)格文件的讀入、檢查及顯示啟動(dòng)Fluent的2D求解器之后，首先需要對(duì)網(wǎng)格文件進(jìn)行讀入并檢查。（1）網(wǎng)格文件的讀入選擇FileReadCase在C:Fluent.Incntbinntx86下找到natural convection.msh文件并將其讀入，如圖3-14所示。圖3-14 導(dǎo)入網(wǎng)格文件（2）檢查網(wǎng)格文件選擇FileCheck檢查網(wǎng)格文件，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(duì)話框，如圖3-15所示。圖

50、3-15 網(wǎng)格顯示對(duì)話框網(wǎng)格文件的各個(gè)部分的顯示可以通過(guò)Surfaces下面列表框中某個(gè)部分是否選中來(lái)控制。如圖3-15所示的Surfaces下面列表框中的都被選中，此時(shí)單擊Display，就會(huì)看到如圖2-16所示的網(wǎng)格形狀。圖3-16 Fluent中的網(wǎng)格顯示步驟2：選擇計(jì)算模型選擇DefineModelsEnergy，然后在出現(xiàn)的如圖3-17所示的對(duì)話框中選中Energy Equation,單擊OK即選擇了能量方程。圖3-17 能量方程的選擇對(duì)話框步驟3：定義流體材料的物理性質(zhì)圖3-18 流體材料性質(zhì)對(duì)話框Fluent默認(rèn)的流體材料為空氣air，我們將材料命名為一種新材料，在3-18所示的

51、name里輸入new，在Density右邊的下拉菜單中選擇Boussinesq，下面的值輸入1。在比容Cp輸入1，導(dǎo)熱率Thermal Conductivity里輸入0.01，粘度Viscosity里輸入0.01，拖動(dòng)右邊的下拉條，在體積膨脹系數(shù)Thermal Expansion Coefficient里輸入0.01。然后單擊Change/Create，在隨后出現(xiàn)的對(duì)話框中單擊Yes確認(rèn)，完成對(duì)材料性質(zhì)的輸入。步驟4：定義動(dòng)量方程的源項(xiàng)選擇DefineOperating conditions，打開(kāi)如圖3-19所示的對(duì)話框。圖3-19 操作條件輸入對(duì)話框?qū)ravity選定，在Gravitati

52、onal Acceleration的Y方向文本框中輸入-10，在Operating Temperature 下面的文本框中輸入100。單擊ok，完成動(dòng)量方程源項(xiàng)的設(shè)置。步驟5：設(shè)置邊界條件圖3-20 邊界條件的設(shè)定選擇DefineBoundary Conditions，對(duì)計(jì)算區(qū)域的邊界條件進(jìn)行具體設(shè)置。對(duì)熱源heat的邊界類(lèi)型wall點(diǎn)擊set，打開(kāi)圖3-20所示的對(duì)話框，將默認(rèn)的Thermal Condition下的heat Flux改為第一類(lèi)邊界條件Temperature，在Temperature右邊的白色文本框內(nèi)輸入110。用同樣的方法對(duì)冷源進(jìn)行設(shè)置，其溫度為100。即熱源和冷源的溫度差

53、為10K。步驟6：求解設(shè)置（1）求解參數(shù)的設(shè)置選擇SolveControlsSolution，打開(kāi)如圖3-21所示的對(duì)話框。圖3-21 求解控制對(duì)話框設(shè)置Momentum的差分格式為Second Order Upwind，Energy 對(duì)應(yīng)的差分格式同樣為Second Order Upwind，此設(shè)置的目的是提高計(jì)算的精度。最后單擊ok按鈕。（2）初始化選擇SolveInitializeInitialize，打開(kāi)圖3-22所示對(duì)話框。依次點(diǎn)擊Init、Apply和Close。圖3-22 初始化對(duì)話框（3）殘差設(shè)置選擇SolveMonitorsResidual，打開(kāi)如圖3-23所示的對(duì)話框。選擇

54、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。圖3-23 殘差設(shè)置對(duì)話框（4）迭代計(jì)算選擇SolveIterate，打開(kāi)如圖3-24所示的對(duì)話框。設(shè)置Number of Iterations 為2000。然后單擊Iterate按鈕，就會(huì)顯示圖3-25所示的計(jì)算過(guò)程。 圖3-24 迭代設(shè)置對(duì)話框 圖3-25 迭代計(jì)算過(guò)程步驟7：保存結(jié)果選擇FileWriteCase & Data，保存所有的設(shè)置和所有的數(shù)據(jù)。四、模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果經(jīng)過(guò)上面的迭代計(jì)算，就可以查看模擬計(jì)算的結(jié)果。模擬結(jié)果的主要包括三個(gè)方面：（1）方

55、腔內(nèi)的流場(chǎng)分布；（2）方腔內(nèi)的溫度分布；（3）熱源的Nusselt數(shù)。（1）方腔內(nèi)的流場(chǎng)分布流場(chǎng)分布包括流場(chǎng)的標(biāo)量圖和矢量圖。選擇DisplayContours，出現(xiàn)圖3-26所示的對(duì)話框，在Contours of 下選擇速度Velocity和流函數(shù)Stream Function，單擊Display得到如圖3-27所示的流場(chǎng)標(biāo)量分布。圖3-26 等標(biāo)量線對(duì)話框圖3-27 方腔內(nèi)流函數(shù)的分布選擇DisplayVectors，出現(xiàn)圖3-28所示的對(duì)話框，保持默認(rèn)值，單擊Display得到如圖3-29所示的流場(chǎng)矢量分布。圖3-28 矢量顯示對(duì)話框圖3-29 方腔內(nèi)速度矢量圖（2）方腔內(nèi)的溫度分布選擇DisplayContours，出現(xiàn)圖3-30所示的對(duì)話框，在Contours of 下選擇Temperature 和Static Temperature，單擊Display得到如圖3-31所示的溫度分布。圖3-30 等標(biāo)量線對(duì)話框圖3-31 方腔內(nèi)的