FLUENT系列资料：5

蒸汽喷射器内的传热模拟问题描述：该问题为一个蒸汽喷射器的内部流动和热量交换问题。左侧进入的工作蒸汽12245Pa，下侧进入的引射流体压力为1360.5Pa，右侧出口的压力为6802.5Pa。该问题中所说的压力皆为相对压力，蒸汽皆为饱和水蒸汽。喷射器的结构如图1所示。图1喷射器结构图在本例中将利用FLUENT-2D的非耦合、隐式求解器，针对在喷射器内的定常流动进行求解。在求解过程忠，还会利用FLUENT的网格优化功能对网格进行优化，使所得到的解更加可信。本例涉及到：一、利用GAMBIT建立喷射器计算模型（1）在CAD中画出喷射器的图形（2）将CAD图形输出为*.sat的文件格式（3）用GAMBIT读入上面输出的*.sat文件（4）对各条边定义网格节点的分布，在面上创建网格（5）定义边界内型（6）为FLUENT5/6输出网格文件二、利用FLUENT-2D求解器进行求解（1）读入网格文件（2）确定长度单位：MM（3）确定流体材料及其物理属性（4）确定边界类型（5）计算初始化并设置监视器（6）使用非耦合、隐式求解器求解（7）利用图形显示方法观察流场与温度场一、前处理——用CAD画出喷射器结构图并导入GAMBIT中在CAD中按所给的尺寸画出喷射器的结构图，画完后输出为pensheqi.sat的文件（如图2所示）。CAD中的操作：文件→输出….点击保存到你想保存到的文件夹中图2输出数据对话框启动GAMBIT，建立一个新的GAMBIT文件。操作：File→NEW…此时出现的窗口如图3所示。在ID右侧的文本框内填入：f:\文件夹名\pensheqi点击Accept后，即建立了一个新的文件。图3新文件对话框图4导入CAD图形对话框第1步：确定求解器选择用于进行CFD计算的求解器。操作：Solver→FLUENT5/6第2步：导入喷射器的结构图操作：File→Import→ACIS…点击Browse找到刚才从CAD中输出的pensheqi.sat文件，选中后点击Accept即可导入所需的图形。（需再CAD中将所画的图形创建成面域，否则无法读入）第3步：确定边界线的内部节点分布并创建结构化网络1、创建各条边上的节点分布操作：MESH→EDGE→打开的“MESHEdges”对话框如图5所示。图5边线网格节点设置对话框（1）点击Edges右侧的黄色区域，使其处于活动状态；（2）Shift+鼠标左键，点击所需划分的边线；（3）选择Intervalsize，并保持默认值1；（4）在喷射器的渐缩渐扩边线上按照“疏→密→疏”划分节点，选中对话框中的DoubleSided，并在下面的Ratio中填入，0.95—1.05的值，以保证节点分布是符合“疏→密→疏”的；（5）点击Apply，生成各条边上的节点分布。注意：在导入CAD图形时，要将分界线以及里面的小渐缩渐扩管的右侧的边线去掉，否则，生成面网格时会出现错误；同时也应注意相对应的边上所划分的节点数应该是相等的，否则无法建立网格。第4步：查看网格划分情况操作：MESH→FACE→MESHFACE打开“MESHFACES”对话框如图6所示。（1）点击Face右侧的黄色区域；（2）Shift+鼠标左键点击所需划分网格的面；（3）其他设置不变，点击Apply。该例中生成的是四边形网格，故可保持对话框中的默认数值不变。则生成的喷射器网格如图7所示。图6面网格设置对话框图7喷射器网格图第5步：设置边界类型1．关闭网格显示（1）在打开的“SpecifyDisplayAttributes”对话框（图8）中，在Mesh项选择Off。（2）点击Apply，点击Close关闭对话框。图8显示属性设置对话框图9边界类型设置对话框2．设置边界类型操作：ZONES→SPECIFYBOUNDARYTYPES打开的“SpecifyBoundaryTypes”对话框如图9所示。(1)设置喷管主体左侧的入口截面为速度边界a)在Action项选择Addb)在Name右侧的文本框中填入边界的名称:inlet1c)在Type下拉列表中选择PRESSURE_INLETd)点击Entity栏Edges右侧黄色区域e)Shift+鼠标左键，点击边界线f)点击Apply（2）设置喷管左下侧的入口截面为速度边界a)在Name右侧的文本框中填入边界的名称:inlet2b)点击Entity栏Edges右侧黄色区域c)Shift+鼠标左键，点击边界线d)点击Apply(3)创建出流边界（喷管右侧出口截面）a)在Name右侧的文本框中填入边界的名称outletb)在Type下拉列表中选择PRESSURE_OUTLET;c)点击Entity栏Edges右侧黄色区域d)Shift+鼠标左键，点击边界线e)点击Apply第6步：输出网格并保存会话1．输出网格操作：File→Export→Mesh…图10输出网格文件对话框（1）在对话框输入要输出的文件夹和文件名（如f:\gambit\pensheqi.msh）（2）选中Export2dMesh（3）点击Accept确认，完成了网格文件的输出操作。2．保存会话GAMBT，并退出GAMBT操作：File→Exit在退出之前，GAMBIT将问你是否保存现有的会话，点击Yes，保存会话并退出GAMBT。二．利用FLUENT进行混合器内流动与传热的仿真计算第1步：与网格相关的操作1．读入网格文件：pensheqi.mesh操作：File→Read→Case…打开“SelectFile”对话框如图11所示。图11文件选择对话框（1）找到网格文件f：\gambit\pensheqi.msh；（2）点击OK，完成输入网格文件的操作读入网格文件的同时，会在信息反馈窗口内显示如下信息：其中包括节点数8338等，最后的Done表示读入网格成功。图12读入网格文件的信息反馈2．网格检查操作：Grid→Check反馈窗口显示如下信息：图13网格检查信息反馈3．平滑和交换的网格操作：Grid→Smooth/Swap…（对话框如图14所示）（1）点击Smooth/SwapGrid按钮，在点击Swap，重复上述操作，直到FLUENT报告没有需要交换的面为止。（如图15所示）（2）点击Close按钮关闭对话框。图14平滑与交换网格对话框图15信息反馈4．确定长度的单位操作：Grid→Scale…打开“ScaleGrid”对话框如图16所示。图16长度单位设置对话框（1）在单位转换栏（UnitsConversion）中的（GridWasCreatedIn）网格长度单位右侧下拉列表中选择mm（2）点击ChangeLengthUnits，此时，在DomainExtents栏中给出区域范围和度量单位。（3）点击Scale（4）点击Close关闭对话框5．显示网格操作：Display→Grid…打开“GridDisplay”对话框如图17所示。（1）在Surfaces项中选择所有的表面。（2）点击Display按纽，则显示的网格如图18所示图17显示网格对话框图18喷射器网格图第2步：建立求解模型1．保持Solver求解器）默认设置不变化。操作：Define→Models→Solver...（如图19所示）图19求解器设置对话框图20湍流模型选择对话框2．设置标准的湍流模型操作：Define→Models→Viscous...打开ViscousModel对话框如图20所示。（1）选择k-epsilon，则打开“ViscousModel”设置对话框如图21所示；（2）保留默认的值图21湍流模型设置对话框3．选择能量的方程操作：Define→Models→Energy...打开Energy对话框如图2-1-22所示（1）点击EnergyEquation右侧按纽；（2）点击OK图22能量方程设置对话框第3步：设置流体的物理属性1、创建新流体，取名为Vapor操作：Define→Materials...打开Materials对话框（1）点击Database，在FluidMaterials中选择Water-Vapor，点击Copy、Close；（2）在Materials对话框中的FluidMaterials下选择Water-Vapor，保持默认值不变；（如图23所示）（3）点击Change/Create（4）在弹出的对话框内，点击NO，2．点击Close关闭流体属性设置对话框图23流体材料设置对话框第4步：设置边界条件操作：Define→BoundaryConditions…打开“BoundaryConditions”对话框如图24所示。图24边界选择对话框图25流体材料选择对话框1.设置流体(1)在Zone栏内选择fluid;其类型在右边Type栏内为fluid;(2)点击Set…打开“Fluid”设置对话框如图25所示;(3)在MaterialName下拉列表中选择water-vapor;(4)点击OK,关闭材料选择对话框.2.设置蒸汽入口压力边界条件(1)在Zone栏内选择inlet1,则在右边Type栏内显示其类型Pressure_inlet.点击Set…,则打开速度边界设置对话框.(2)在速度边界对话框中所需输入的数据如图26所示。(3)点击OK关闭inlet1设置对话框.图26速度边界设置对话框3.用同样的方法对inlet2进行设置Supersonic/InitialGaussPressure:2680m/s；TotalTemperature:373.5K；Turb.KineticEnergy：2；其他与inlet1相同.4.为出流口设置边界条件在Zone栏内点击outlet,再点击Set…,打开“PressureOutlet”对话框,所需输入的数据如图27所示图27出口边界条件设置对话框第5步：求解1.流场初始化操作：Solver→Initialize→Initialize…打开“SolutionInitialization”对话框如图28所示。图28流场初始化对话框(1)在Computefrom列表中选择inlet2，则表中数据与边界inlet2相同；(2)鉴于初始化仅是对内部流动的一个猜测值，可以对其数值进行更改，其结果影响到迭代计算的收敛速度；(3)点击Init，再点击Close关闭初始化对话框。注意：若想查看inlet2对应的是哪个边界，可打开网格显示窗口，右击边界，即可在信息反馈窗口内显示其边界的名称及数据。操作：Display→Grid…;点击Display.2.设置监视器窗口，监测特殊截面上物理量的变化在出口处，所关心的是温度、速度是否达到稳定值，为此，FLUENT可以设置监视器，对所关心的截面和物理量进行监测。操作：Solver→Monitors→Surface…打开“SurfaceMonitors”（表面监视器）设置对话框如图29所示。图29表面监视器设置对话框(1)将SurfaceMonitors右侧的书目增加到1；(2)选择Plot（若同时选择Write，还可将结果写入文件）；(3)点击Monitor-1最右边Define…按钮。（如对话框30所示）图30表面监视器定义对话框(4)在Reportof项选择Temperature…和StaticTemperature;(5)在Surfaces项选择监测表面为outlet;(6)在ReportType下拉列表中选择Area-WeightedAverage（面积平均）；(7)点击OK;(8)点击“SurfaceMonitors”对话框中的OK.3、定义残差限操作：solve→monitors→Residual…中定义残差限残差限的具体设置如下：Continuity1e-04;x-velocity1e-05;y-velocity1e-05;energy1e-06;k1e-04;epsilon1e-04，具体见图31图31残差限定义对话框4、设定初始压力操作：Define→OperatingCondition将初始压力设定为101325Pa，其他的保持默认。如图32所示。图32初始