不同工況下某型號(hào)容器內(nèi)液體的流動(dòng)特性分析畢業(yè)論文(編輯修改稿)
2024-08-24 15:47 本頁面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 容量。 對(duì)該求解模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分時(shí)網(wǎng)格劃分參數(shù)設(shè)定如下圖 7所示： type 項(xiàng)選擇TGrid（由面生成體網(wǎng)格）， spacing 項(xiàng)考慮到求解模型的尺寸和后面使用 FLUENT軟件進(jìn)行迭代計(jì)算設(shè)置為 80。 網(wǎng)格劃分完成后應(yīng)對(duì)所劃分的網(wǎng)格質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)。 圖 7 網(wǎng)格劃分設(shè)置對(duì)話框 圖 8 劃分完成的網(wǎng)格 設(shè)置邊界類型 邊界類型設(shè)定確定了模型中那些代表模型邊界的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實(shí)體的物理特性和操作特性。本文要分析的是 一個(gè)敞開到大氣的大容器，頂部半徑為 1m，高為1m，內(nèi)部高度的 1/3 充滿了水，水的上部為空氣。容器以角速度 3rad/s 勻角速度旋轉(zhuǎn)， 定義一個(gè) Vz=3r 的外部條件，利用 FLUENT3D 求解器計(jì)算容器內(nèi)部的水流情況以及自由表面形狀的變化過程 。定義模型的開口處為 inlet， type 項(xiàng)選擇pressureinlet，模型的周邊和底面定義為 wall， type 項(xiàng)選擇 wall。如下圖： 圖 9 顯示屬性設(shè)置對(duì)話框 圖 10 邊界類型設(shè)置對(duì)話框 輸出網(wǎng)格文件并保存會(huì)話 該模型在 GAMBIT 里網(wǎng)格劃分完畢后，應(yīng)輸出 .msh 文件方便使用 FLUENT 軟件進(jìn)行特性分析。同時(shí)對(duì) GAMBIT 網(wǎng)格劃分結(jié)果保存。 圖 11 網(wǎng)格文件輸出對(duì)話框 圖 12 保存會(huì)話對(duì)話框 4 利用 FLUENT 3D 求解器進(jìn)行求解 FLUENT 軟件簡(jiǎn)介 FLUENT 是美國 FLUENT 公司開發(fā)的集流場(chǎng)、燃燒和熱、質(zhì)量傳輸以及化學(xué)反應(yīng)于一體的商業(yè) CFD 軟件，也是目前國內(nèi)外使用最多、最流行的商業(yè)軟件之一。FLUENT 是用于計(jì)算流體流動(dòng)和傳熱問題的程序。它提供的非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格生成程序，對(duì)相對(duì)復(fù)雜的幾何結(jié)構(gòu)網(wǎng)格生成非常有效?？梢陨傻木W(wǎng)格包括二維的三角形和四邊形網(wǎng)格；三維的四面體、六面體及混合網(wǎng)格。 FLUENT 還可根據(jù)計(jì)算結(jié)果調(diào)整網(wǎng)格，這種網(wǎng)格的自適應(yīng)能力對(duì)于精確求解有較大梯度的流場(chǎng)有很實(shí)際的作用。由于網(wǎng)格自適應(yīng)和調(diào)整只是在需要在加密的流動(dòng)區(qū)域內(nèi)實(shí)施，而非整個(gè)流場(chǎng)，因此可以節(jié)約計(jì)算時(shí)間。 FLUENT 軟件的最大特點(diǎn)是具有專門的幾何模型制作軟件 GAMBIT 模塊，并可以與 CAD 連接使用，同時(shí)備用很多附加方程添加接口，使 用了目前較先進(jìn)的離散技術(shù)和計(jì)算精度控制技術(shù)，如多層網(wǎng)絡(luò)法、快速收斂準(zhǔn)則以及光滑殘差法等，數(shù)學(xué)模型的離散化合軟件計(jì)算方法處理較為得當(dāng)。實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，該軟件在模擬單相流動(dòng)或進(jìn)出口同向或方向流動(dòng)時(shí)，可以得到較好的模擬結(jié)果，且具有一定的計(jì)算精度。 FLUENT 軟件包主要具有常用的 6 種湍流數(shù)學(xué)模型、輻射數(shù)學(xué)模型、化學(xué)物質(zhì)反應(yīng)和傳遞流動(dòng)模型、污染物質(zhì)形成模型、相變模型、多相模型、流團(tuán)移動(dòng)模型、多孔介質(zhì)、多孔泵模型等。 FLUENT 軟件的核心部分是納維 — 斯托克斯（ NavierStokes）方程的求解模塊。用壓力校正法作 為低速不可壓流動(dòng)的計(jì)算方法，包括 SIMPLE、 SIMPLEC、 PISO三種算法，采用有限體積法離散方程，其計(jì)算精度和穩(wěn)定性都要優(yōu)于傳統(tǒng)編程中使用的有限差分法。而對(duì)于可壓流動(dòng)采用耦合法，即將連續(xù)性方程、動(dòng)量方程以及能量聯(lián)立求解。 FLUENT 軟件主要由前處理、求解器以及后處理 3 大模塊組成。采用自行研發(fā)的 GAMBIT 前處理軟件來建立幾何形狀及生成網(wǎng)格，然后 由 FLUENT進(jìn)行求解。 控制方程和數(shù)值模擬 控制方程與標(biāo)準(zhǔn) k? 湍流模型 本文要分析的是在容器內(nèi)底部 1/3 部分為液態(tài)水，容器上部 2/3 為空氣，容器繞著中心軸線以 3rad/s 等角速度旋轉(zhuǎn)，定義一個(gè) Vz=3r 的外部條件，分析該液態(tài)水在容器內(nèi)的流動(dòng)特性。 不可壓縮流體的連續(xù)方程在空間直角坐標(biāo)系中的表達(dá)式為： 0????????? zvyvxv zyx （ 1） 對(duì)于不可壓縮黏性流體的 NS方程，在空間直角坐標(biāo)系中的表達(dá)式為： dtdvzvyvxvxpx xzyx ??????????? ?????????? 2222221 ?? dtdvzvyvxvypy yzyx ??????????? ?????????? 2222221 ?? （ 2） dtdvzvyvxvzpz zzyx ??????????? ?????????? 2222221 ?? 上述方程（ 2）再加上連續(xù)性方程（ 1）原則上就可以求得不可壓縮黏性流體流場(chǎng)的解。但由于 NS方程中出現(xiàn)了速度的二階導(dǎo)數(shù)，它的普遍解在數(shù)學(xué)上還有困難，只有某些特殊情況才能使方程得到充分簡(jiǎn)化，求出近似解 。 由于此流場(chǎng)處于湍流狀態(tài)，因此采用標(biāo)準(zhǔn) k? 方程模型。標(biāo)準(zhǔn) k? 方程模型的湍動(dòng)能 k和耗散率 ? 方程如下： ? ? ? ? kmbkjkijii SYGGxkuxxkvtk ????????????? ?????????? ?? ??????? ?????? （ 3） ? ? ? ? ? ? eebekejgikiig SkCGCGkCxuxx v ???????????? ?????????? ?? ?????? 2231 ???????????
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