流体工程仿真计算实例与应用

第一章 流体力学基础与fluent简介

第一节 概论

一、流体的密度、重度和比重

二、流体的黏性——牛顿流体与非牛顿流体

三、流体的压缩性——可压缩与不可压缩流体

四、液体的表面张力

第二节 流体力学中的力与压强

一、质量力与表面力

二、绝对压强、相对压强与真空度

三、液体的汽化压强

四、静压、动压和总压

第三节 能量损失与总流的能量方程

一、沿程损失与局部损失

二、总流的伯努里方程

三、人口段与充分发展段

第四节 流体运动的描述

一、定常流动与非定常流动

二、流线与迹线

三、流量与净通量

四、有旋流动与有势流动

.五、层流与湍流

第五节 亚音速与超音速流动

一、音速与流速

二、马赫数与马赫锥

三、速度系数与临界参数

四、可压缩流动的伯努里方程

五、等熵滞止关系式

第六节 正激波与斜激波

一、正激波

二、斜激波

第七节 流体多维流动基本控制方程

一、物质导数

二、连续性方程

三、n—s方程

第八节 边界层与物体阻力

一、边界层及基本特征

二、层流边界层微分方程

三、边界层动量积分关系式

四、物体阻力

第九节 湍流模型

第十节 fluent简介

一、程序的结构

二、fluent程序可以求解的问题

三、用fluent程序求解问题的步骤

四、关于fluent求解器的说明

五、fluent求解方法的选择

六、边界条件的确定

第二章 二维流动与传热的数值计算

第一节 冷、热水混合器内部二维流动

一、前处理——利用gambit建立计算模型

第1步 确定求解器

第2步 创建坐标网格图

第3步 由节点创建直线

第4步 创建圆弧边

第5步 创建小管嘴

第6步 由线组成面

第7步 确定边界线的内部节点分布并创建结构化网格

第8步 设置边界类型

第9步 输出网格并保存会话

二、利用fluent进行混合器内流动与热交换的仿真计算

第1步 与网格相关的操作

第2步 建立求解模型

第3步 设置流体的物理属性

第4步 设置边界条件

第5步 求解

第6步 显示计算结果

第7步 使用二阶离散化方法重新计算

第8步 自适应性网格修改功能

小结

课后练习

第二节 喷管内二维非定常流动

一、利用gambit建立计算模型

第1步 确定求解器

第2步 创建坐标网格图和边界线的节点

第3步 由节点创建直线

第4步 利用圆角功能对i点处的角倒成圆弧

第5步 由边线创建面

第6步 定义边线上的节点分布

第7步 创建结构化网格

第8步 设置边界类型

第9步 输出网格并保存会话

二、利用fluent进行喷管内流动的仿真计算

第1步 与网格相关的操作

第2步 确定长度单位

第3步 建立求解模型

第4步 设置流体属性

第5步 设置工作压强为0 atm

第6步 设置边界条件

第7步 求解定常流动

第8步 非定常边界条件设置以及非定常流动的计算

第9步 求解非定常流

第10步 对非定常流动计算数据的保存与后处理

小结

课后练习

第三节 三角翼的可压缩外部绕流

一、利用gambit建立计算模型

第1步 启动gambit，并选择求解器为fluent5／6

第2步 创建节点

第3步 由节点连成线

第4步 由边线创建面

第5步 创建网格

第6步 设置边界类型

第7步 输出网格文件

二、利用fluent进行仿真计算

第1步 启动fluent 2d求解器并读入网格文件

第2步 网格检查与确定长度单位

第3步 建立计算模型

第4步 设置流体材料属性

第5步 设置工作压强

第6步 设置边界条件

第7步 利用求解器进行求解

第8步 计算结果的后处理

小结

课后练习

第四节 三角翼不可压缩的外部绕流(空化模型应用)

第1步 启动fluent 2d求解器并读入网格文件

第2步 网格检查与确定长度单位

第3步 设置求解器

第4步 设置流体材料及其物理性质

第5步 设置流体的流相

第6步 设置边界条件

第7步 求解

第8步 对计算结果的后处理

小结

课后练习

第五节 vof模型的应用

一、利用gambit建立计算模型

第1步 启动gambit并选择fluent5／6求解器

第2步 建立坐标网格并创建节点

第3步 由节点连成直线段

第4步 创建圆弧

第5步 创建线段的交点g

第6步 将两条线在g点处分别断开

第7步 删除dg直线和fg弧线

第8步 由边创建面

第9步 定义边线上的节点分布

第10步 在面上创建结构化网格

第11步 设置边界类型

第12步 输出网格文件并保存会话

二、利用fluent 2d求解器进行求解

第1步 读入、显示网格并设置长度单位

第2步 设置求解器

第3步 设置流体材料及属性

第4步 设置基本相和第二相

第5步 运算环境设置

第6步 设置边界条件

第7步 求解

第8步 计算结果的后处理

小结

第六节 组分传输与气体燃烧

一、利用gambit建立计算模型

第1步 打开gambit

第2步 对空气进口边界进行分网

第3步 设置边界条件

第4步 输出2d网格

二、利用fluent-2d求解器进行

模拟计算

第1步 与网格相关的操作

第2步 设置求解模型

第3步 流体材料设置

第4步 边界条件设置

第5步 使用常比热容的初始化并求解

第6步 采用变比热容的解法

第7步 后处理

第8步 nox预测

小结

第三章 三维流动与传热的数值计算

第一节 冷、热水混合器内的三维流动与换热

一、利用gambit建立混合器计算模型

第1步 启动gambit并选定求解器(fluent5／6)

第2步 创建混合器主体

第3步 设置混合器的切向入流管

第4步 去掉小圆柱体与大圆柱体相交的多余部分，并将三个圆柱体联结成一个整体

第5步 创建主体下部的圆锥

第6步 创建出流小管

第7步 将混合器上部、渐缩部分和下部出流小管组合为一个整体，

第8步 对混合器内区域划分网格

第9步 检查网格划分情况

第10步 设置边界类型

第11步 输出网格文件(．msh)

二、利用fluent 3d求解器进行求解

第1步 检查网格并定义长度单位

第2步 创建计算模型

第3步 设置流体的材料属性

第4步 设置边界条件

第5步 求解初始化

第6步 设置监视器

第7步 保存case文件

第8步 求解计算

第9步 保存计算结果

三、计算结果的后处理

第1步 读入case和data文件

第2步 显示网格

第3步 创建等(坐标)值面

第4步 绘制温度与压强分布图

第5步 绘制速度矢量图

第6步 绘制流体质点的迹线

第7步 绘制xy曲线

小结

课后练习

第二节 粘性流体通过圆管弯头段的三维流动

一、前处理——利用gambit建立计算模型

第1步 确定求解器

第2步 创建圆环

第3步 创建立方体

第4步 移动立方体

第5步 分割圆环

第6步 删除3／4圆环

第7步 建立弯管直段

第8步 移动弯管直段

第9步 整合弯管和直段

第10步 边界层的设定

第11步 划分面网格

第12步 划分体网格

第13步 定义边界类型

第14步 输出网格文件

二、利用fluent 3d求解器进行模拟计算

第1步 启动fluent，进入3d模式

第2步 读入网格数据

第3步 网格检查

第4步 显示网格

第5步 建立求解模型

第6步 设置标准湍流模型

第7步 设置流体的物理属性

第h步 设置边界条件

第9步 求解控制

第10步 求解

第11步 显示初步计算结果

第12步 流线显示

小结

第三节 三维稳态热传导问题

一、利用gambit进行网格划分

第1步 导入几何模型

第2步 选取求解器

第3步 网格划分

第4步 边界条件设置

第5步 网格检查

第6步 输出网格

二、利用fluent-3d求解器进行数值模拟计算

第1步 在fluent中读入网格文件

第2步 选取求解器

第3步 材料设置

第4步 边界条件

第5步 求解控制

第6步 后处理

小结

第四节 动网格问题

一、利用fluent-3d进行计算

第1步 与网格有关的操作

第2步 模型没置

第3步 材料设置

第4步 边界条件设置

第5步 网格运动设置

第6步 求解

二、利用fluent—3d进行后处理

第1步 检查最后一个时间步(bdc)的解

第2步 检查上死点的解

第3步 回放温度等高线动画

第4步 显示上死点时缸内的流动矢量切面

小结

第五节 叶轮机械的mixing plane模型

—、利用fluent-3d求解器进行计算

第1步 网格

第2步 单位设置

第3步 计算模型设置

第4步 混合面(mixing plane)设置

第5步 流体材料设置

第6步 边界条件设置

第7步 求解

二、利用fluent-3d进行后处理

第1步 生成后处理的—个等值画

第2步 显示速度矢量

第3步 平面x=0上绘全压的周向平均量

第4步 显示全压的等高线图

小结

附录

参考文献