【正文】 ..................................................1 半圓形螺旋管的應(yīng)用 .............................................................................2 本課題主要研究問題及任務(wù) .................................................................4第二章 SOLIDWORKS、GAMBIT 及 FLUENT 軟件介紹 ........................5 SOLIDWORKS 軟 件介紹 .......................................................................5 SolidWorks 軟件概述 ........................................................................5 SolidWorks 特點(diǎn)與優(yōu)勢 ....................................................................5 GAMBIT 軟件介紹 .................................................................................6 GAMBIT 功能及 簡介 .......................................................................6 GAMBIT 的操作界面 .......................................................................8 GAMBIT 網(wǎng)格劃分 .........................................................................10 網(wǎng)格質(zhì)量 .........................................................................................11 FLUENT 軟件介紹 ................................................................................11 概述 .................................................................................................11 程序結(jié)構(gòu) .........................................................................................12 Fluent 程序的適用 對象 ...................................................................13 Fluent 程序的使用 ...........................................................................14 Fluent 軟件應(yīng)用前景 .......................................................................15第三章 物理模型的建立 ...............................................................................15 簡化假設(shè) ...............................................................................................15 半圓形截面螺旋管簡化模型 ...............................................................15 半圓形截面管建模過程 .......................................................................18 網(wǎng)格劃分 ...............................................................................................19 定義邊界條件 .......................................................................................21第四章 數(shù)值模擬與結(jié)果分析 .......................................................................22 利用 FLUENT3D 求解器對半圓形截面螺旋管進(jìn)行求解 ................22 半圓形截面螺旋管數(shù)值模擬分析 .......................................................25 殘差分析 .........................................................................................25 速度分析 .........................................................................................26 壓力分析 .........................................................................................32 二次流分析 ......................................................................................34結(jié)論 .................................................................................................................36附錄 1 英文原文 ............................................................................................38附錄 2 英文翻譯 ............................................................................................42附錄 3 實(shí)習(xí)報告 ............................................................................................50致 謝 ...............................................................................................................53第一章 前言 背景意義 管道，在日常生活中經(jīng)常遇到，通常有圓截面直管，矩形直管等等，圓截面直管的應(yīng)用居多。螺旋管是一種在動力、化工、石油和核工業(yè)中都有廣泛應(yīng)用的空間曲線管。它的主要應(yīng)用就是在制造反應(yīng)釜或容器的夾套上。因此，螺旋管在許多行業(yè)得到普遍應(yīng)用而倍受青睞 [1]。螺旋管也會改進(jìn)管外流型,即殼層流動的流型。 半圓形螺旋管的應(yīng)用隨著科學(xué)的不斷向前發(fā)展，由于螺旋管具有優(yōu)越的結(jié)構(gòu)特性、高效換熱效率、自生離心力場和二次流等特點(diǎn)，使螺旋管的換熱效果，相對同流速下的直管提高很快，目前，國內(nèi)外對螺旋管的技術(shù)研究主要集中在螺旋管的傳熱強(qiáng)化性能上。當(dāng)反應(yīng)釜直徑較大或采用壓力較高的傳熱介質(zhì)時，采用半圓管夾套代替 U 型夾套結(jié)構(gòu)不但能提高反應(yīng)釜內(nèi)筒抗外壓的強(qiáng)度和剛度，而且能提高傳熱介質(zhì)的流量，增大傳熱系數(shù)，同時由于傳熱翅片效應(yīng)，使相鄰半圓管的間隙部分仍然能起到傳熱作用。采用半圓管夾套，有利于提高冷卻水的流速，從而提高總傳熱系數(shù)。 圖 全流通半圓管夾套反應(yīng)器（或稱反應(yīng)釜）是化工生產(chǎn)中常用的典型設(shè)備。在所有的螺旋管道中，半圓形截面管道的應(yīng)用和整體夾套容器相比，由于半圓管夾套容器結(jié)構(gòu)簡單、承壓能力強(qiáng)、便于檢修、節(jié)省材料、傳熱效果好等優(yōu)點(diǎn)，目前已廣泛應(yīng)用在化工、醫(yī)藥、食品等領(lǐng)域，如 30m 以上制藥發(fā)酵罐、反應(yīng)釜等大部3分采用半圓管夾套作為傳熱元件。螺旋半圓管夾套式反應(yīng)器的特點(diǎn)。如上所述，螺旋半圓管夾套相對普通夾套而言，一方面可提高傳熱系數(shù)，有利于提高傳熱效率，縮短加熱或冷卻的時間，從而節(jié)省冷熱能的消耗；另一方面，螺旋半圓管夾套的總?cè)莘e較普通夾套的總?cè)莘e小很多，因而用于加熱的載熱流體的貯量可相應(yīng)減少，用于貯存載熱流體的容器的體積亦可減小，由此使得散熱面積減小而能耗亦減小。由于當(dāng)反應(yīng)釜直徑較大或采用壓力較高的傳熱介質(zhì)時等因素的影響，為了保證較好的換熱條件，從而獲得更大的換熱系數(shù)來提高傳熱效率，半圓形螺旋管作為在工業(yè)生產(chǎn)中的換熱環(huán)節(jié)將具有更為廣泛的應(yīng)用。正是由于SolidWorks 三維機(jī)械設(shè)計軟件的功能強(qiáng)大，易用性和高效性，使得其在所有建模軟件中得到了更快的推廣和應(yīng)用。三維設(shè)計軟件的誕生是在計算機(jī)不斷發(fā)展的基礎(chǔ)之上并且在設(shè)計行業(yè)不斷深入的前提之下為了滿足高效、高速的設(shè)計要求而應(yīng)運(yùn)而生的，它的產(chǎn)生是社會發(fā)展的必然，這種必然在各個領(lǐng)域都得到了認(rèn)證。 SolidWorks 特點(diǎn)與優(yōu)勢⑴SolidWorks 軟件實(shí)現(xiàn)了參數(shù)化設(shè)計理論，這一理論是 AutoCAD 無法實(shí)現(xiàn)的，實(shí)際尺寸和數(shù)值的這種相關(guān)性保證了裝配體下干涉檢查和圖紙正確與否的同步性，這一方面的突破使三維設(shè)計軟件異軍突起，解決了采用 AutoCAD 設(shè)計的零件在實(shí)際的裝配過程當(dāng)中相干涉的問題。⑸SolidWorks 無縫集成插件之 SolidWorks Simulation 有限元分析軟件：Simulation 是一種有限元分析技術(shù)（即 FEA 數(shù)值技術(shù)）的設(shè)計分析軟件，是 SRAC公司工程分析軟件之一。不同包的功能如下：SimulationXpress：對一些具有簡單載荷和支撐類型的零件的靜態(tài)分析。SolidWorks Routing 是 SolidWorks 專門用于管道系統(tǒng)和電纜設(shè)計的一個插件完全與 SolidWorks 無縫集成。直接或通過線夾和吊架 2自動設(shè)計管筒、軟管、電力電纜和纜束段。在自頂向下的設(shè)計環(huán)境中，用戶可以參考裝配體中零件的相互建立零件或特征，因此零件位置或輪廓與參考對象具有參考關(guān)系。由它所生成的網(wǎng)格可供多種 CFD 程序或商用 CFD 軟件使用。⑵ 網(wǎng)格的自適應(yīng)技術(shù)FLUENT 采用網(wǎng)格自適應(yīng)技術(shù)，可根據(jù)計算中得到的流場結(jié)果反過來調(diào)整和優(yōu)化網(wǎng)格，從而使得計算結(jié)果更加準(zhǔn)確。FLUENT 軟件具有多種自適應(yīng)選項(xiàng)，可以對物理量值、物理量的空間微分值（如壓力梯度） 、網(wǎng)格容積變化率、壁面 y*/y+值等進(jìn)行自適應(yīng)。GAMBIT 具有靈活方便的幾何修正功能，當(dāng)從接口中導(dǎo)入幾何時會自動的合并重合的點(diǎn)、線、面；GAMBIT 在保證原始幾何精度的基礎(chǔ)上通過虛擬幾何自動的縫合小縫隙，這樣既可以保證幾何精度，又可以滿足網(wǎng)格劃分的需要。GAMBIT 可以生成FLUENTFIDAP、POLYFLOW、NEKTON、ANSYS 等求解器所需要的網(wǎng)格。這里顯示出的是透平機(jī)械的網(wǎng)格圖，沒有對顯示區(qū)進(jìn)行拆分。SOLVER 菜單用來選擇求解器的類型，如 FLUENT/UNS、FLUENT 5/6 和 ANSYS 等。這 4 個命令組分別有一個按鈕與之結(jié)應(yīng)，使用 GAMBIT 的大部分命令都通過這 4 個按鈕發(fā)出。 Zones 命令組用于指定和命令模型及模型的邊界；單擊二級命令組中的按鈕，會出現(xiàn)三級命令組。Description 窗口給出鼠標(biāo)指針移到某個按鈕上時的提示信息?？刂茀^(qū)中第一行上的五個小圖標(biāo)按鈕用于控制顯示區(qū)的四個小區(qū)。最后一個圖標(biāo)的作用是將顯示區(qū)中所有的小區(qū)變?yōu)榛顒拥摹Ｎ鍌€按鈕的功能分別為：為模型顯示確定方位、指定模型是否可見等屬性、指定模型顯示的外觀、指定顏色模式及放大局部網(wǎng)格模型。與結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格和分塊結(jié)構(gòu)網(wǎng)格相比，非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格劃分便于處理復(fù)雜外形的網(wǎng)格劃分，而適應(yīng)性網(wǎng)格則便于計算流場參數(shù)變化劇烈、梯度很大的流動，同時這種劃分方式也便于網(wǎng)格的細(xì)化或粗化，使得網(wǎng)格劃分更加靈活、簡便。除了 GAMBIT 外，可以生成 FLUENT 網(wǎng)格的網(wǎng)格軟件還有 ICEMCFD、GridGen 等等。網(wǎng)格劃分過程中最擔(dān)心的就是出現(xiàn)網(wǎng)格負(fù)體積問題。但此方法操作起來復(fù)雜，且很容易出錯。甚至可以用混合型非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格。對于給定精度，解適應(yīng)細(xì)化方法使網(wǎng)格細(xì)化方法變得很簡單，并且減少了計算量。除此之外，為了高效的執(zhí)行，交互的控制，以及靈活的適應(yīng)各種機(jī)器與操作系統(tǒng)，F(xiàn)LUENT 使用 client/server 結(jié)構(gòu)，因此它允許同時在用戶桌面工作站和強(qiáng)有力的服務(wù)器上分離地運(yùn)行程序 [6]。 程序結(jié)構(gòu)FLUENT 軟件包中包括以下幾個軟件： （1）FLUENT 求解器——FLUENT 軟件的核心，所有計算在