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1、.word可编辑.3、管道层流和紊流CFD分析二维管道层流和紊流CFD分析，其结构尺寸见图3所示(单位mm)。流体介质为空气，空气密度1.225kg/m3，空气粘度1.7894e-05 kg/m-s，出口压力为0。其中出口段长度L可以任意变化，问题：1)当L=200mm时，层流模拟，模拟雷诺数为90的层流问题，入口速度为0.025m/s。分析二维管道内的速度场分布。2)增加管道长度，即L=860mm时，紊流模拟，入口速度到1.27m/s，计算雷诺数大于4000时，用紊流模型求解，分析其速度场的变化和分布。要求:1. 直接在ICEM模块中建立实体模型，用结构化模块进行网格划分，边界层加密。2.
2、在ICEM中建立CFD模型的边界条件，并存入Fleunt模型数据格式。3. 将以上模型调入Ansys-Fluent模块中进行流体动力学分析。4. 分析速度场和压力场变化规律。5. 获取出口边界的速度变化曲线。 6. 结果要求Word文件分析报告， 报告中曲线用Excell生成。图3 二维管道结构示意图. 专业.专注 .图3-1 结构化网格图3-2 非结构化网格（1）层流模拟：压力：Pa流速为0.025m/s时，压力场和速度场如下所示。图3-3 管道压力分布云图流速：m/s图3-4 管道速度分布云图回流区流速：m/s 图3-5 管道速度分布矢量图图3-6 出口边界速度变化曲线由模拟结果可知，在流
3、速较低且雷诺数较小的情况下，流体处于层流状态，流速按抛物线规律分布，而由于流体粘性的作用，压力沿管道逐渐降低。在管道截面突变处存在漩涡，产生水击现象，易引起管道的疲劳破坏工程实际中应避免水击现象的发生，在设计管道时应尽量设计为沿流体流动方向即锥形，避免漩涡的产生。（2）紊流模拟：管道加长前，流速为1.27m/s时，压力场和速度场如下所示。压力：Pa图3-7 管道压力分布云图流速：m/s图3-8 管道速度分布云图回流区流速：m/s图3-9 管道速度分布矢量图图3-10 出口边界速度变化曲线由模拟结果可知，在流体雷诺数增大且速度增大的同时，出口流速分布呈现不规则分布，不同质点的流速分布不同。流体质
4、点发生无规则的脉动现象，且管道截面突变出，漩涡强烈水击容易发生，管道突变出应设计为锥形。管道加长760mm后，流速为1.27m/s时。图3-11 结构化网格压力：Pa图3-12 非结构化网格图3-13 管道压力分布云图流速：m/s图3-14 管道速度分布云图回流区流速：m/s图3-15 管道速度分布矢量图图3-16 出口边界速度变化曲线由模拟结果可知，大雷诺数下，速度一定时，随管道长度增加，速度分布趋于均匀，主流区速度梯度比较小，而近壁区速度梯度大，粘性力大，这与理论分析相符。鉴于安全考虑，在过渡区为减小水击的发生，管道应设计成锥形，以吻合流体的实际方向，消除漩涡产生的可能。4、两块板间受压的
5、O-形橡胶密封圈的接触分析两块无摩擦板间受压的O-形橡胶密封圈的接触问题如图所示，橡胶材料参数：C10 = 0.01055 !橡胶材料参数C10 C01 = 0.01408 !橡胶材料参数C01NU1 = 0.49967 !橡胶泊松比DD=(1-2*NU1)/(C10+C01)要求：1. 用APDL编程序编写计算模型。2.分析Disp=(08)mm位移时，密封圈上的接触压力变化、密封圈内的Mises应力变化。3. 获取压入位移与压入力F的变化关系曲线。4. 结果要求Word文件分析报告， 报告中曲线用Excell生成。密封圈横截面60mm20mm位移Disp中心线密封圈横截面图4 O-形密封圈
6、受压示意图fini /clear/FILNAM,Ex6-3Contact_O_Ring !定义文件名!* 单位：mm-MPa-N Disp=4 !密封圈位移mmR = 12/2 !密封圈横截面半径mm R0=48.65/2 !密封圈中半经mmC10 = 0.01055 !橡胶材料参数C10 C01 = 0.01408 !橡胶材料参数C01NU1 = 0.49967 !橡胶泊松比DD=(1-2*NU1)/(C10+C01)/PREP7ET,1,PLANE182, , ,1 !1为PLANE182单元，1-平面轴对称KEYOPT,1,6,1 !混合计算格式 ET,2,CONTA172 !2为CON
7、TA172单元ET,3,TARGE169 !3为TARGE169单元!* 设置材料参数R,2, , ,-2000 !设置表面刚度R,3, , ,-2000 !设置表面刚度TB,HYPER,1,1,2,MOONEY !1为超弹性，Mooney-Rivlin模型TBDATA,1,C10,C01,DD !参数橡胶材料参数!* 建立模型CYL4,R0,0,R !生成圆面A1!* 网格划分N=12Lesize,all,N !所有线N等分AMESH,1 !划分网格!建立刚性关键点1001-1004k,1001,R0+(-2*R),-R k,1002,R0+(2*R) ,-Rk,1003,R0+(-2*R)
8、,R k,1004,R0+(2*R) ,RL,1001,1002 L,1003,1004 dk,1001,all !关键点1001全约束 dk,1002,all !关键点1002全约束 dk,1003,ux !关键点1003的ux自由度约束dk,1004,ux !关键点1004的ux自由度约束alls *Create,Down,mac !建立下部接触对Down宏模块REAL,2 !设置接触对2TYPE,3 !选择3号单元!* 生成目标面 LSEL,S,5 !选择线L5 TYPE,3 !设置单元类型3LMESH,ALL !线L5网格划分!* 生成接触表面TYPE,2 !设置单元类型2LSEL,S
9、,3 !选择线L3 LSEL,A,4 !同时选择线L4 NSLL,S,1 !选择线L3，L4上全部节点 ESLN,S,0 !选择以上节点不含两端的单元 ESURF !建立接触单元!* 目标法线反向LSEL, , , ,5 !选择线L5 NSLL,S,1 !选择线L5上全部节点ESLN,S,1 !选择以上节点上的全部单元ESEL,R,REAL,2 !选择接触对2上的单元 ESURF,REVERSE !接触单元的法向方向反转ALLSEL !全选 *End*Create,UP,mac !建立上部接触对Up宏模块REAL,3 !设置接触对3TYPE,3 !选择3号单元类型!* 生成接触面LSEL,S,
10、6 !选择线L6LMESH,ALL !线L6划分网格!* 生成接触面TYPE,2 !设置单元类型2LSEL,S,1 !选择线L1LSEL,A,2 !同时选择线L2NSLL,S,1 !选择所选线上全部节点ESLN,S,0 !选择以上节点不含两端的单元 ESURF !建立接触单元ALLSEL !全选*endDown !调用下部接触对Down宏模块Up !调用上部接触对Up宏模块LSEL,S,6 !选择线L6esll,s !选择线L6上全部单元 nsle,s !选择单元上全部节点 *GET,NCEN,NODE,NUM,MIN !获得所选节点最小的节点CP,1,UY,ALL !所选节点UY方向自由度耦合alls !全选FINISH /PLOPTS, DEFA !在窗口右边显示数值 /SOLU !进入前求解器 ANTYPE,STATIC !静态分析CNVTOL,F,-1 !集中载荷最小允许计算值为-1NLGEOM,ON !打开大变形效应NSUBST,50 !叠代次数为50次OUTRES,1 !输出每个子步骤的求解D,NCEN,UY,-Disp !NCEN节点施加UY=-Disp的位移mmDk,2,ux,0 !约束关键点2的ux方向自由度dk,4,ux,0 !约束关键点4的ux方向自由度SOLVE !求解FINISH /POST1 !进入后处理器 PL
