【正文】 此完成。 （5）過濾器——或者叫翻譯器，可以將其他 CAD/CAE 軟件生成的網(wǎng)格文件變成能被FLUENT 識(shí)別的網(wǎng)格文件。（一致網(wǎng)格和懸掛節(jié)點(diǎn)網(wǎng)格都可以）? 不可壓或可壓流動(dòng)? 定常狀態(tài)或者過渡分析 ? 無粘，層流和湍流 ? 牛頓流或者非牛頓流? 對(duì)流熱傳導(dǎo)，包括自然對(duì)流和強(qiáng)迫對(duì)流 ? 耦合熱傳導(dǎo)和對(duì)流 ? 輻射熱傳導(dǎo)模型 ? 慣性（靜止）坐標(biāo)系非慣性（旋轉(zhuǎn)）坐標(biāo)系模型? 多重運(yùn)動(dòng)參考框架，包括滑動(dòng)網(wǎng)格界面和 rotor/stator interaction modeling 的混合界面? 化學(xué)組分混合和反應(yīng)，包括燃燒子模型和表面沉積反應(yīng)模型? 熱，質(zhì)量，動(dòng)量，湍流和化學(xué)組分的控制體源? 粒子，液滴和氣泡的離散相的拉格朗日軌跡的計(jì)算，包括了和連續(xù)相的耦合? 多孔流動(dòng)? 一維風(fēng)扇/熱交換模型? 兩相流，包括氣穴現(xiàn)象 總而言之，對(duì)于模擬復(fù)雜流場(chǎng)結(jié)構(gòu)的不可壓縮/可壓縮流動(dòng)來說，F(xiàn)LUENT 是很理想的軟件。2 解決問題的步驟確定所解決問題的特征之后，你需要以下幾個(gè)基本的步驟來解決問題： （1）創(chuàng)建網(wǎng)格. （2）運(yùn)行合適的解算器：2D、3D、2DDP、3DDP。由于其減少了研究者在計(jì)算方法，編程，前后處理等方面投入的重復(fù)，低效的勞動(dòng)，將更多的時(shí)間投入到考慮問題的問題本質(zhì)，優(yōu)化算法等方面，因而提高了工作效率，這樣必然會(huì)獲得越來越多的應(yīng)用，應(yīng)用效果也必將越來越好。(4) 不考慮重力作用。1 選擇上視基準(zhǔn)面作為草圖面，繪制半徑 Rc=200mm 的圓，此尺寸是螺旋管的旋轉(zhuǎn)直徑。5 選擇面為草圖面，以坐標(biāo)點(diǎn)為中心繪制半徑 r=10mm 的半圓形，推出草圖。通常網(wǎng)格劃分的的好壞影響整個(gè)過程計(jì)算的精度。File 下點(diǎn)擊 import，找到文件打開建模圖形文件 ⑵ 定義求解器在面板中單擊 solver(求解器)，出現(xiàn)許多種求解類型。我們選擇進(jìn)行面網(wǎng)格劃分。在點(diǎn)擊 apply 按鈕即可完成面的劃分。在本設(shè)計(jì)的網(wǎng)格劃分過程耗時(shí)大約一周，三角形，四邊形，三角/四邊形 3 種類型網(wǎng)格均劃過，經(jīng)過反復(fù)斟酌比較，得出如下結(jié)論：①三角形網(wǎng)格來劃分半圓形截面，面網(wǎng)格整體布置比較規(guī)整，但網(wǎng)格數(shù)量過多，節(jié)點(diǎn)數(shù)過大，導(dǎo)致運(yùn)算量過大，計(jì)算機(jī)運(yùn)行困難②用四邊形網(wǎng)格來劃分，網(wǎng)格數(shù)量大小適中，但部分區(qū)域網(wǎng)格劃分不均勻，導(dǎo)致代入 fluent 進(jìn)行運(yùn)算后，截面速度等值線等模擬與真實(shí)值誤差較大，精度不高。從而提高整體網(wǎng)格的計(jì)算速度和質(zhì)量。優(yōu)化此面的網(wǎng)格。操作方法：對(duì)所劃分截面反復(fù)進(jìn)行 smooth 處理，直到網(wǎng)格劃分滿意為止。但運(yùn)行時(shí)間比較長(zhǎng)。1 在管子入口(inlet)處，由于我們分析的是流體在半圓形截面螺旋管內(nèi)流動(dòng)的流場(chǎng)，故我們?cè)O(shè)置入口條件為速度入口（velocity _ inlet）2 在管子出口（outlet）處，既然要研究整個(gè)流體流動(dòng)的全貌，我們需要流體流動(dòng)的所有環(huán)節(jié)都充分的表現(xiàn)出來。⑵讀入 mesh 網(wǎng)格文件在 GAMBIT、Tgrid 和 GeoMesh 等專用前處理軟件內(nèi)部，直接有生成 FLUENT 網(wǎng)格的選項(xiàng)。選擇 GRID\CHECK 命令,FLUENT 會(huì)自動(dòng)完成網(wǎng)格檢查,同時(shí)報(bào)告計(jì)算域、體、面、節(jié)點(diǎn)的統(tǒng)計(jì)信息。為此，選擇 Grid/Scale 命令，在彈出的 Scale Grid 對(duì)話框中，在 Grid Was Created In 下拉菜單中，選取 mm，然后單擊 Scale 按鈕。⑻設(shè)置邊界條件選擇 Define/Boundary Conditions 命令，彈出 Boundary Conditions 對(duì)話框，從 Zone 列表中選擇 fluid，單擊 Set 按鈕后，彈出 Fluid 對(duì)話框；在 Materials Name 下拉列表中，選擇 Waterliquid，其他選擇默認(rèn)值，點(diǎn)擊 OK。⑼求解對(duì)流場(chǎng)進(jìn)行初始化，并設(shè)定殘差監(jiān)視器。選擇Solve/Initialize/Initialize 命令，彈出 Solution Initialization 對(duì)話框，在Compute From 下拉列表中選擇 allzones，在 Reference Frame 組合框中，選擇Relative to Cell Zone，單擊 Init 按鈕。選擇 Solve/Iterate 命令，彈出 Iterate 對(duì)話框，設(shè)置迭代次數(shù)為 1000，其余用默認(rèn)值。分析具體原因，得出結(jié)論，最后指導(dǎo)實(shí)踐 [14]。 速度分析在速度曲線收斂的情況下，首先對(duì)半圓截面螺旋管道速度場(chǎng)進(jìn)行分析。這是由于流體內(nèi)在的粘性力作用。 流體在X軸方向截面速度分布圖 流體在Y軸方向截面速度分布圖 流體在Z軸方向截面速度分布圖上面3個(gè)分布圖是流體在半圓形截面管中流動(dòng)時(shí)分別在X、Y、Z三軸向方向上的速度分布情況。再分析6組截線段上的X軸軸向速度分布，如下圖所示。 圖 速度為 圖 速度為 由截線段上的 Z 軸軸向速度分布圖可以看出：當(dāng)速度很小時(shí)，最大速度的位置幾乎在中間，速度分布均勻的向兩邊遞減。 壓降對(duì)流場(chǎng)的影響選擇 Report/Surface Integrals 選項(xiàng)，在 Report Type 欄中選擇 AreaWeighted Average 選項(xiàng)。⑴網(wǎng)格的疏密程度對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響不可忽視。隨著速度逐漸增加，在截面上，在管子遠(yuǎn)離螺旋中心一側(cè)速度梯度較大，等值線呈弓形分布。當(dāng)速度增加時(shí)，壓降也相應(yīng)的增加，這是由于流體在流動(dòng)的過程中產(chǎn)生的損失造成的。參考文獻(xiàn)［1］ 朱建國(guó),[J].工業(yè)加熱,2022,33(1):12.［2］ 李冠文,壓力容器殼體上半管加熱管的解析[M].北京：冶金工業(yè)出版社，1988,5：2325.［3］ 羅忠新，王忠宏等. 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Washington。隨著速度的逐漸增加，最大壓力的位置也逐漸向螺旋管外側(cè)偏移，這是由于離心力的作用使螺旋管外側(cè)的速度梯度增大而造成的。所以選擇合理的入口速度，可以使流場(chǎng)到優(yōu)化配置。因此網(wǎng)格間距的選取要適中。 二次流分析 由圖形可以看出，流動(dòng)速度較小時(shí)，二次流分居上下兩側(cè)呈對(duì)稱分布，漩渦較明顯；流動(dòng)速度越大時(shí)，二次流越向兩側(cè)偏離，漩渦越小越不明顯。 壓力分析 壓力對(duì)流場(chǎng)的影響 由截線段上的全壓分布圖可以看出：螺旋管外側(cè)的壓力比內(nèi)側(cè)的壓力大。 圖 速度為 圖 速度為 由截線段上的 Y 軸軸向速度分布圖可以看出：當(dāng)速度很小時(shí)，最大速度的位置幾乎在中間，速度分布均勻的向兩邊遞減。在Y、Z軸方向速度分布比較明顯，在靠近半圓側(cè)速度梯度較大，在半圓管中心靠近半圓處速度最大，貼近壁面處速度為0。這就是流體在半圓形螺旋管中流動(dòng)時(shí)與普通圓直管不同之處。這是由于它還受到一個(gè)離心力的作用，方向指向螺旋管對(duì)稱軸心。在此前提下利用 fluent 軟件對(duì)該工況下的管道開始進(jìn)一步的數(shù)值模擬，得出對(duì)應(yīng)的流場(chǎng)分布圖，并對(duì)各流場(chǎng)圖形進(jìn)行進(jìn)一步分析影響管道的換熱的因素。觀察殘差曲線。選擇 File/Write/Case 命令，將當(dāng)前設(shè)置保存到案例文件 LY.cas。在 Options 選項(xiàng)組中，選中 Plot 復(fù)選框，單擊 OK按鈕，其余用默認(rèn)值。將進(jìn)口 Inlet 設(shè)為 velocityinlet（速度進(jìn)口邊界條件） ，在Velocity Inlet 對(duì)話框的 Velocity Magnitude 文本框中輸入 .設(shè)置出口邊界。⑹設(shè)置運(yùn)行環(huán)境選擇 Define/Operating Conditions 命令，彈出 Operating Conditions 對(duì)話框，保持 FLUENT 默認(rèn)的參考?jí)毫χ担ㄒ粋€(gè)標(biāo)準(zhǔn)大氣壓）⑺ 定義材料本文中流動(dòng)介質(zhì)為水，F(xiàn)LUENT 材料數(shù)據(jù)庫(kù)中包含 waterliquid 這一介質(zhì)，因此，直接復(fù)制即可。除了檢查網(wǎng)絡(luò)的命令外，F(xiàn)LUENT 還提供了以下命令：Grid\Info\Size, Grid\Info\MemoryUsage, Grid\Info\Zones 和 Grid\Info\Partitions,可借助這些命令查看網(wǎng)絡(luò)大小，內(nèi)存占用情況，網(wǎng)絡(luò)區(qū)域分布情況和分塊情況。在 FLUENT 中，選擇 File/Read/Case 命令，文件。3 壁面處，由于本設(shè)計(jì)不考慮換熱，且已忽略壁厚，只設(shè)置條件為普通壁面（wall）即可。網(wǎng)格劃分時(shí)間運(yùn)行大約 小時(shí)。 圖 入口面圓整后的網(wǎng)格⑸ 進(jìn)行體網(wǎng)格劃分當(dāng)完成面網(wǎng)格的劃分后就開始劃分體網(wǎng)格。因此，若我們先把單個(gè)面網(wǎng)格劃分好，那么接下來的體網(wǎng)格計(jì)算就會(huì)容易的多。這個(gè)過程大約需要幾秒鐘。本設(shè)計(jì)選用此類型網(wǎng)格。由于半圓形截面這種獨(dú)特不規(guī)則的形狀使它在選擇網(wǎng)格形狀時(shí)若想得到一個(gè)優(yōu)質(zhì)的網(wǎng)格的是很困難的。其余設(shè)置默認(rèn)即可。⑶ 創(chuàng)建面網(wǎng)格在命令面板中單擊 Mesh 按鈕，就可以進(jìn)入網(wǎng)格劃分命令面板。本設(shè)計(jì)劃分網(wǎng)格過程耗時(shí) 小時(shí)，采用 tri/quad（三角/四邊形）形狀。7 選擇 ，選擇半圓形為輪廓，選擇螺旋線為路徑，點(diǎn)擊確定，推出特征。3 點(diǎn)擊 3D 草圖，選擇剛生成的螺旋線，點(diǎn)擊實(shí)體轉(zhuǎn)換引用 ，在設(shè)計(jì)樹中隱藏初始生成的的螺旋線。采用水作流體介質(zhì)，忽略壁厚，將水分別以 、半圓形截面管，對(duì)其流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬和計(jì)算。(2) 忽略螺旋管道壁厚。（8）指定材料物理性質(zhì)（9）指定邊界條件 （10）調(diào)節(jié)解的控制參數(shù)（11）初始化流場(chǎng)（12）計(jì)算解（13）檢查結(jié)果（14）保存結(jié)果 （15）必要的話，細(xì)化網(wǎng)格，改變數(shù)值和物理模型 [11]。 Fluent 程序的使用1 計(jì)劃你的 CFD 分析當(dāng)你決定使 FLUENT 解決某一問題時(shí)，首先要考慮如下幾點(diǎn)問題：定義模型目標(biāo)：從 CFD 模型中需要得到什么樣的結(jié)果？從模型中需要得到什么樣的精度；選擇計(jì)算模型：你將如何隔絕所需要模擬的物理系統(tǒng)，計(jì)算區(qū)域的起點(diǎn)和終點(diǎn)是什么？在模型的邊界處使用什么樣的邊界條件？二維問題還是三維問題？什么樣的網(wǎng)格拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)適合解決問題？物理模型的選?。簾o粘，層流還湍流？定常還是非定常？可壓流還是不可壓流？是否需要應(yīng)用其它的物理模型？確定解的程序：?jiǎn)栴}可否簡(jiǎn)化？是否使用缺省的解的格式與參數(shù)值？采用哪種解格式可以加速收斂？使用多重網(wǎng)格計(jì)算機(jī)的內(nèi)存是否夠用？得到收斂解需要多久的時(shí)間？在使用 CFD 分析之前詳細(xì)考慮這些問題，對(duì)你的模擬來說是很有意義的。 圖 FLUENT 軟件各組件之間的關(guān)系 利用 FLUENT 軟件進(jìn)行流體的流動(dòng)和數(shù)值分析模擬計(jì)算的流程一般是，將用SOLIDWORKS 建立好的幾何模型在 GAMBIT 中打開，并用適當(dāng)?shù)姆绞竭M(jìn)行網(wǎng)格劃分，定義邊界條件，然后將 GAMBIT 中的網(wǎng)格文件輸出成用于 FLUENT 求解器計(jì)算的 MESH文件格式，在 FLUENT 中讀取所輸出的文件并設(shè)置條件并對(duì)流動(dòng)區(qū)域進(jìn)行求解計(jì)算，最終對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行后處理 [8]。 （3）GAMBIT——FLUENT 提供的網(wǎng)格生成軟件。用戶界面是通過 Scheme 語言及 LISP dialect 寫就的。FLUENT 是用 C 語言寫的，因此具有很大的靈活性與能力。對(duì)于大梯度區(qū)域，如自由剪切層和邊界層，為了非常準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)流動(dòng)，自適應(yīng)網(wǎng)格是非常有用的。 FLUENT 軟件介 紹 概述FLUENT 是用于模擬具有復(fù)雜外形的流體流動(dòng)以及熱傳導(dǎo)的計(jì)算機(jī)程序。例如六面體網(wǎng)格在一些“銳角”處容易出現(xiàn)負(fù)體積的情況、面網(wǎng)格與體網(wǎng)格劃分大小比例不當(dāng)導(dǎo)致網(wǎng)格出現(xiàn)嚴(yán)重扭曲扭轉(zhuǎn)現(xiàn)象等。 網(wǎng)格質(zhì)量 網(wǎng)格的質(zhì)量對(duì)于數(shù)值計(jì)算的正確域穩(wěn)定起著非常重要的作用。還可以用其他網(wǎng)格生成軟件生成與 FLUENT 兼容的網(wǎng)格用于 FLUENT 計(jì)算。在使用商用 CFD 軟件的工作中，大約有 80%的時(shí)間是花費(fèi)在網(wǎng)格劃分上的，可以說網(wǎng)格劃分能力的高低是決定工作效率的主要因素之一。五個(gè)按鈕的功能依次為：縮放圖形顯示范圍以使圖形整體全部顯示在當(dāng)前窗口中，設(shè)置旋轉(zhuǎn)圖形時(shí)用的旋轉(zhuǎn)軸心，使用上一次的菜單及窗口配置更新當(dāng)前顯示，改變光源的位置和撤銷上一步操作。若圖標(biāo)按鈕中的深色部分為紅色，則表明顯示區(qū)的左上區(qū)是活動(dòng)的，可以進(jìn)行操作，例如改變顯示角度等；如果是灰色的，那么左上區(qū)不能進(jìn)行操作。6. 控制區(qū)控制區(qū)