【正文】 言寫的，因此具有很大的靈活性與能力。 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？物理模型的選取：無粘，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：問題可否簡化？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。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。其余設(shè)置默認(rèn)即可。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。在 FLUENT 中，選擇 File/Read/Case 命令，文件。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。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。 壓力分析 壓力對(duì)流場的影響 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。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。⑴網(wǎng)格的疏密程度對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響不可忽視。 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。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。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。但運(yùn)行時(shí)間比較長。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。通常網(wǎng)格劃分的的好壞影響整個(gè)過程計(jì)算的精度。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。 程序結(jié)構(gòu)FLUENT 軟件包中包括以下幾個(gè)軟件： （1）FLUENT 求解器——FLUENT 軟件的核心，所有計(jì)算在此完成。但此方法操作起來復(fù)雜，且很容易出錯(cuò)。五個(gè)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。單擊二級(jí)命令組中的按鈕，會(huì)出現(xiàn)三級(jí)命令組。這里顯示出的是透平機(jī)械的網(wǎng)格圖，沒有對(duì)顯示區(qū)進(jìn)行拆分。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(jì)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(jì)算結(jié)果更加準(zhǔn)確。SolidWorks Routing 是 SolidWorks 專門用于管道系統(tǒng)和電纜設(shè)計(jì)的一個(gè)插件完全與 SolidWorks 無縫集成。三維設(shè)計(jì)軟件的誕生是在計(jì)算機(jī)不斷發(fā)展的基礎(chǔ)之上并且在設(shè)計(jì)行業(yè)不斷深入的前提之下為了滿足高效、高速的設(shè)計(jì)要求而應(yīng)運(yùn)而生的，它的產(chǎn)生是社會(huì)發(fā)展的必然，這種必然在各個(gè)領(lǐng)域都得到了認(rèn)證。螺旋半圓管夾套式反應(yīng)器的特點(diǎn)。當(dāng)反應(yīng)釜直徑較大或采用壓力較高的傳熱介質(zhì)時(shí)，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(shí)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。它的主要應(yīng)用就是在制造反應(yīng)釜或容器的夾套上。同時(shí)，流體入口速度的大小又影響整個(gè)管子中流體的二次流的流型。我們平常遇到的最多的是普通圓形截面管，它的結(jié)構(gòu)簡單，性能優(yōu)良等特性使它具有廣泛的應(yīng)用性。畢業(yè)論文開題報(bào)告論文題目：管內(nèi)層流流場的數(shù)值模擬專 業(yè)： 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 日 期： 09 年 5 月 16 日 1．選題的目的、意義螺旋管優(yōu)越的結(jié)構(gòu)特性決定了它在動(dòng)力、化工、石油及核工業(yè)等領(lǐng)域日益得到廣泛應(yīng)用。從用于日常生活中輸水管到具有嚴(yán)格使用條件的工業(yè)用管道等等，用途廣泛。由此，我們可以增大管道雷諾數(shù)從而達(dá)到改善流場流動(dòng)的目的。而半圓形截面螺旋管，更是在人們的生產(chǎn)和生活中已經(jīng)取得的越來越廣泛的應(yīng)用?；ぴO(shè)備中的反應(yīng)釜就是一個(gè)重要的應(yīng)用。流量較大時(shí)常采用標(biāo)準(zhǔn)半圓管 [4]。通過拉伸、旋轉(zhuǎn)、薄壁特征、高級(jí)抽殼、特征陣列以及打孔等操作來實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)。⑹SolidWorks Routing 介紹。GAMBIT 能夠針對(duì)極其復(fù)雜的幾何外形生成三維四面體、六面體的非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格及混合網(wǎng)格，且有數(shù)十種網(wǎng)格生成方法，生成網(wǎng)格過程又具有很強(qiáng)的自動(dòng)化能力，因而大大減少了工程師的工作量。如果需要，該顯示區(qū)可以拆分成 4 個(gè)小區(qū)，這樣便于顯示和操作。單擊命令組中的某個(gè)命令按鈕時(shí)，會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的二級(jí)命令組。第三行的各個(gè)圖標(biāo)按鈕的作用是控制顯示屬性。一旦出現(xiàn)負(fù)體積，可以對(duì)出現(xiàn)負(fù)體積的地方重新劃分，比如重新布置網(wǎng)格點(diǎn)，重新分塊等。高級(jí)用戶可以通過寫菜單宏及菜單函數(shù)自定義及優(yōu)化界面 [7]。 Fluent軟件應(yīng)用前景Fluent 軟件在國內(nèi)各個(gè)領(lǐng)域已經(jīng)獲得廣泛的應(yīng)用，尤其在航天方面，與比較通用的 StarCD 等軟件可以媲美。 圖 半圓形截面管創(chuàng)建模型 網(wǎng)格劃分網(wǎng)格的劃分是進(jìn)行整個(gè)數(shù)值模擬環(huán)節(jié)中的一個(gè)重要部分。故在選擇類型時(shí)根據(jù)半圓形截面管形狀認(rèn)真分析，試驗(yàn)和計(jì)算。操作方法：選中所要畫的體部分，設(shè)置網(wǎng)格大小，點(diǎn)擊應(yīng)用就完成了。選擇 Grid/Check 命令，F(xiàn)LUENT 將對(duì)計(jì)算網(wǎng)格的不同參數(shù)進(jìn)行檢測并在控制臺(tái)窗口顯示相應(yīng)信息，請(qǐng)?zhí)貏e注意最小體積參數(shù)，確保該值為正數(shù) [13]⑷ 網(wǎng)格按比例縮放在 GAMBIT 中，生成網(wǎng)格使用的單位是 mm，在 FLUENT 中默認(rèn)單位是 m，需要縮放。啟動(dòng)迭代計(jì)算。流體分別在 X、Y、Z 軸方向截面速度分布圖如下圖所示（以 例） 。結(jié)論本文采用計(jì)算流體力學(xué)的相關(guān)的知識(shí)，用 Solidworks 軟件建立半圓截面螺旋管的三維模型，導(dǎo)入到 Gambit 軟件中進(jìn)行網(wǎng)格的劃分和邊界條件的設(shè)定，最后導(dǎo)入到Fluent 軟件中進(jìn)行了對(duì)半圓截面螺旋管內(nèi)層流流場的數(shù)值模擬。⑸流體以一定的速度在半圓形截面管中流動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生二次流，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。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。壁面速度為 0，速度由中間向壁面均勻分布，逐層遞減。用進(jìn)口的流動(dòng)初始條件初始化整個(gè)流場的解。⑶ 檢查網(wǎng)格將網(wǎng)格導(dǎo)入 FLUENT 后,必須對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行檢查,以便確定是否可直接用于 CFD 求解。此道理就像壘高樓首先要打好地基一樣 [12]。在定義面網(wǎng)格大小處（spacing）輸入 ，表示面網(wǎng)格大小為 。4 退出 3D 草圖，點(diǎn)擊 中的基準(zhǔn)面，選擇螺旋線和端點(diǎn)，建立面。當(dāng)你計(jì)劃一個(gè) CFD 工程時(shí)，請(qǐng)利用提供給 FLUENT 使用者的技術(shù)支持 [10]。因此，動(dòng)態(tài)內(nèi)存分配，高效數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，靈活的解控制都是可能的。網(wǎng)格質(zhì)量的特征是節(jié)點(diǎn)的分布，光滑，和偏斜。第二到四個(gè)圖標(biāo)的功能與之類似。 Mesh 命令組包括對(duì)邊界、線、面、體和組的網(wǎng)格劃分、網(wǎng)格聯(lián)結(jié)、信息修改等功能；GAMBIT 中的 TGRID 方法可以在極其復(fù)雜的幾何區(qū)域中可以劃分出與相鄰區(qū)域網(wǎng)格連續(xù)的完全非結(jié)構(gòu)化的網(wǎng)格，GAMBIT 網(wǎng)格劃分方法的選擇完全是智能化的，當(dāng)你選擇一個(gè)幾何區(qū)域后 GAMBIT 會(huì)自動(dòng)選擇最合適的網(wǎng)格劃分算法，是網(wǎng)格劃分過程變的極為容易。 GAMBIT 軟件介紹 GAMBIT 功能及簡介 GAMBIT 是專用簽處理軟件包，用來為 CFD 模擬生成網(wǎng)格模型。SimulationXpress 包是 SolidWorks 的內(nèi)置部分，其他所有的 Simulation 包都是插件式的。 第二章 Solidworks、Gambit 及 Fluent 軟件介紹 SOLIDWORKS 軟件介紹 SolidWorks 軟件概述SolidWorks 是在 Windows 平臺(tái)下原創(chuàng)的三維機(jī)械設(shè)計(jì)軟件。為滿足一定的設(shè)計(jì)條件，節(jié)約貴重鋼材，提高傳熱效率，在反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，現(xiàn)在越來越多地采用了螺旋半圓管夾套結(jié)構(gòu)形式（半圓管焊接在容器的外壁上） [3]。而且它在許多的實(shí)際應(yīng)用方面還有其他的特殊作用。首先就來討論研究螺旋管的實(shí)用性能。本文首先概述了半圓形截面管的應(yīng)用背景及分析意義，對(duì) solidworks、gambit 及 fluent 進(jìn)行了系統(tǒng)的介 紹,而后進(jìn)行了數(shù)值模擬及分析。六月整理資料，編寫畢業(yè)論文，準(zhǔn)備答辯 。半圓形截面螺旋管作為較常見的管道之一,出現(xiàn)在多種工程實(shí)際中，本文主要研究半圓形截面螺旋管內(nèi)層流流場的數(shù)值模擬分析，從而繼續(xù)研究半圓形截面螺旋管在新領(lǐng)域的作用。同時(shí)，螺旋管也會(huì)改進(jìn)管外流型，即殼層流動(dòng)的流型，增加管外液體的徑向混合，減少殼程的溝流和死區(qū)，同時(shí)由于接近錯(cuò)流，纖維面不斷更新，殼程的傳質(zhì)系數(shù)會(huì)進(jìn)一步增大。數(shù)值模擬及分析的結(jié)果對(duì)工業(yè)生產(chǎn)具有指導(dǎo)意義，可以更好的指導(dǎo)應(yīng)用進(jìn)行實(shí)踐工作。因此，螺旋管在許多行業(yè)得到普遍應(yīng)用而倍受青睞 [1]。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)。如上所述，螺旋半圓管夾套相對(duì)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(shí)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。 SolidWorks 特點(diǎn)與優(yōu)勢⑴SolidWorks 軟件實(shí)現(xiàn)了參數(shù)化設(shè)計(jì)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(jì)軟件異軍突起，解決了采用 AutoCAD 設(shè)計(jì)的零件在實(shí)際的裝配過程當(dāng)中相干涉的問題。直接或通過線夾和吊架 2自動(dòng)設(shè)計(jì)管筒、軟管、電力電纜和纜束段。FLUENT 軟件具有多種自適應(yīng)選項(xiàng)，可以對(duì)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)。SOLVER 菜單用來選擇求解器的類型，如 FLUENT/UNS、FLUENT 5/6 和 ANSYS 等。Description 窗口給出鼠標(biāo)指針移到某個(gè)按鈕上時(shí)的提示信息。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(jì)算流場參數(shù)變化劇烈、梯度很大的流動(dòng)，同時(shí)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。甚至可以用混合型非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格。 （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。(4) 不考慮重力作用。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。從而提高整體網(wǎng)格的計(jì)算速度和質(zhì)量。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，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。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。分析具體原因，得出結(jié)論，最后指導(dǎo)實(shí)踐 [14]。再分析6組截線段上的X軸軸向速度分布，如下圖所示。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。所以選擇合理的入口速度，可以使流場到優(yōu)化配置。 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)的流場分布圖，并對(duì)各流場圖形進(jìn)行進(jìn)一步分析影響管道的換熱的因素。將進(jìn)口 Inlet 設(shè)為 velocityinlet（速度進(jìn)口邊界條件） ，在