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1、学 海 无 涯问题描述问题如图所示。一股温度为26的冷流体流入大管道，在弯管处与另一股温度为40热流体混合。管道的长度单位为英寸，而流体的属性和边界条件则使用国际单位。入口管道的雷诺数为2.03105，利用FLUENT-2D的非耦合、隐式求解器，针对在管道内的定常流动进行温度场、速度场、速度矢量场的求解，自定义动压水头的函数V2/2，并显示自定义函数的数值分布。解题步骤：1 前处理利用GAMBIT建立计算模型首先启动GAMBIT第1步：确定求解器：选用FLUENT5/6第2部：创建坐标图：operationvertex command buttonglobal在global中依次输入坐标（0,
2、0）（32,0）（0,16）（32,16）（48,32）（48,64）（64,32）（64,64）确定小管嘴的坐标：利用copy vertices button键，先输入y=-12确定一个点，在copy这个点，输入x=4确定小管嘴的另一个点。第3步：由节点创建直线：由作业要求连接节点做出直线。第4步：创建圆弧边利用operationedge command buttonarc 确定两条圆弧分别用vertices：center、end-points和vertices：radius、start angle、end angle 在小管嘴侧的圆弧的angle分别输入start angle=270 en
3、d angle=309.93和start angle=320.07 end angle=360 由此可确定圆弧。第5步：有线组成面：operationface command button依次用shift+鼠标左键，顺序点击线来创建面，组成面的边为蓝色。第6步：确定边界线的内部节点分布并创建结构化网格：meshedge键中选择interval count来输入每个边需要的节点数。保证对边节点数一样。利用meshfacemesh faces显示网格，然后在关闭网格。第7步：设置边界类型：输入inlet1，type为velocity；输入inlet2，type为velocity；输入outlet，
4、type为outflow。其他的边默认为墙体wall。第8步：输出网格并保存会话：fileexportmesh，关闭GAMBIT。2 利用fluent进行混合器内流动与换热的仿真计算启动fluent的2D求解器后进行以下操作。第1步：与网格的相关操作：1.1读入网格mesh文件1.2网格检查 gridcheck 信息1.3 平滑（和交换）网格点击 gridsmooth/swap，默认设置。1.4 确定长度的单位：在grid was greated in中选择in1.5 显示网格如下：图1 管道网格图第2步 建立求解模型2.1 保持solver默认不变2.2设置标准湍流模型：选择k-epsilo
5、n，然后保留默认设置2.3选择能量方程definemodelenergy equation第3步：设置流体的物理特性3.1 创建新流体，取名为water，在属性栏内输入流体的物理特性：density=1000，Cp=4216,Thermal conductivity=0.667,viscosity=0.0008第4步：设置边界条件4.1设置流体：在zone栏内选择fluid，在type栏选fluid，点击set键后在material下选water4.2设置冷水入口速度边界条件设置inlet1，输入velocity specification method 选择components 所以 Xve
6、locity=0.2 Yvelocity=0，temperature=299，turbulence intensity=5%设置inlet2，输入velocity specification method 选择components 所以Xvelocity=0 Yvelocity=1， temperature=313，turbulence intensity=5%设置outlet，保留默认设置设置wall,保留默认设置第5步：求解5.1 流场初始化：在compute from中选择inlet15.2在计算时绘制残差曲线图 solvemonitorresidual5.4开始进行100次迭代计算，得
7、到残差曲线图如下：图2迭代计算40次后所得的残差曲线图5.5点击reportfluexs 检查流入和流出整个系统的质量，动量，能量是否守恒。第6步：显示计算结果6.1 利用不同颜色显示速度分布图如下：图3初次计算得出的速度分布图6.2 显示温度场图如下：图4初次计算得出的温度分布图6.3 显示速度矢量场图如下：图5速度矢量图6.4显示流场中的等压线图如下：图6 管道内的等压线图6.5 创建出流口截面上的温度XY曲线图如下：图7 出流口截面上的温度分布图6.6 制作出流口截面上的压力分布图如下：图8出流口截面上的压力分布图6.7 制作出流口截面上的速度分布图如下：图9出流口截面上的速度分布图6.
8、8 自定义函数 V2/26.9 显示自定义函数的数值分布图如下：图10 管道内速度水头等值线图第7步：用二阶离散化方法重新计算7.1 打开求解控制器设置对话框，设置能量方程的二阶离散，降低松弛系数Solvecontrolssolution中，在discretization下energy项，选择second order upwind；在under-relaxation factors项的energy项，填入0.87.2 继续进行100次迭代计算，如下图：图11 使用二阶离散化方法计算得到的残差曲线图7.3温度分布图如下：图12使用二阶离散化方法计算得到的管道内的温度分布图第8步 自适应性网格修改
9、功能8.1显示基于单元的温度分布图如下：图13 基于单元的温度分布图8.2绘制用于改进网格的温度梯度图如下：图14 管道内的温度梯度8.3在一定范围内绘制温度梯度，标出改进的单元在options项不选择auto range；在min栏输入0.01图15温度梯度较高的单元8.4对高温度梯度区域内的网格进行改进图如下：图16需进行网格细化的单元标示图8.5显示改进后的网格图如下：图17 改进后的网格图8.6继续进行100次迭代计算得残差曲线图如下：图18 全部迭代计算的残差值曲线8.7查看温度分布情况图如下：图19 充填方式显示的温度分布图图20 等值线方式显示的温度分布图8.8查看速度分布图21使用改进网格计算的速度分布8.9查看速度矢量场图22使用改进网格计算的速度矢量场结论：在计算过程中，我使用了三种离散方法：1.最初的网格，能量方程采用一阶离散方法。2.最初的网格，能量方程采用二阶离散方法。3.利用温度梯度定位网格单元并给予改进，能量方程采用二阶离散方法。将三种方法得出的温度分布图进行比较，可以明显看出数值计算结果的发散性越来越小。在FLUENT中，默认的是一阶离散方法，其计算结果可以作为高阶离散方法的初始值。11
