【正文】 在計(jì)算過程中，網(wǎng)格可以自適應(yīng)調(diào)整。 可以接口的程序包括 :ANSYS, IDEAS, NASTRAN, PATRAN 等。 （ 4） TGrid用于從現(xiàn)有的邊界網(wǎng)格生成體網(wǎng)格。 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 6 （ 2） FLUENT用于進(jìn)行流動(dòng)模擬計(jì)算的求解器。 FLUENT 是一個(gè)用于模擬和分析復(fù)雜幾何區(qū)域內(nèi)的流動(dòng)與傳熱現(xiàn)象的專 用軟件。 FLUENT 的軟件設(shè)計(jì)基于 CFD 軟件群的思想，從用戶需求的角度出發(fā)，針對(duì)各種復(fù)雜 流動(dòng)的物理現(xiàn)象， FLUENT軟件采用不同的離散格式和數(shù)值方法，以期在待定的領(lǐng)域內(nèi)使計(jì)算速度、穩(wěn)定性和精度等方面達(dá)到最佳的組合，從而高效地解決各個(gè)領(lǐng)域的復(fù)雜流動(dòng)計(jì)算問題。 FLUENT 軟件在工業(yè)界和教育系統(tǒng)中，有 較高的市場(chǎng)占有率。目前利用商業(yè)軟件進(jìn)行計(jì)算已是科學(xué)研究中的一項(xiàng)重要手段 。 數(shù)值模擬由于其優(yōu)越性，得到了越來越廣泛的應(yīng)用。一些在地面無法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)而理論又無法解決的流體力學(xué)的問題，只能依靠計(jì)算流體力學(xué)方法來解決 。 、 FLUENT軟件簡(jiǎn)介 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)不斷地發(fā)展和進(jìn)步，計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（ CFD）逐漸在流體力學(xué)的研究領(lǐng)域嶄露頭角。然后通過 FLUENT 軟件 的應(yīng)用，模擬不同流動(dòng)狀況下的流體流動(dòng)情況，在既考慮到沿程損失又考慮到局部損失的基礎(chǔ)上，得出最優(yōu)的管徑比，官長(zhǎng)比，以及最優(yōu)的分岔角。在不斷的建模分析對(duì)比中， 使 作者對(duì)FLUENT 軟件有了初步的了解 ，也為以后 FLUENT 軟件的應(yīng)用打下了基礎(chǔ)。 作者在建模的過程中不斷地發(fā)現(xiàn)問題，并尋求解決方法。主要研究方法是通過 應(yīng)用GAMBIT 建模， FLUENT 導(dǎo)入，進(jìn)行研究管內(nèi)流體的 流動(dòng)換熱。得出樹狀管路的流動(dòng)換熱特性。 Y 型管路的優(yōu)化分析，其目的在于尋找出管路的最佳參數(shù)； T 型管和平行管路的比較，其目的在于了解 T 型管路中的流動(dòng)換熱狀況。并在此推論基礎(chǔ)上，取不同的幾何參數(shù)值，建立不同的幾何模型。主要是通過 FLUENT 軟件來模擬管路中的流動(dòng)換熱。 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 4 、 本文 研究的 主要 內(nèi) 容和目標(biāo) 在 張偉琳 ]11[ 的論文中，主要是拉格朗日乘子法和經(jīng)驗(yàn)公式，研究了 Y 形樹狀管路的水頭損失特性，但其中 只考慮了沿程損失的影響，并沒有分析 Y 型樹狀管路中的局部損失。 因此 ，樹形結(jié)構(gòu)還被應(yīng)用于肋片的設(shè)計(jì)、燃料電池內(nèi)部流道的布置等問題中。 而對(duì)于毛細(xì)血管，略有 不同 ，逐級(jí)管徑比大約為 ；對(duì)于我們周圍的 樹木，其逐級(jí)管徑比 則為 左右。根據(jù) Weibel 和 Mandlbrot ]6[ 的分析 ， 哺乳動(dòng)物肺部支氣管分叉角大約為 65176。它通過枝葉、樹干、根部的分布來盡可能的完善自己的生長(zhǎng)。 一個(gè)樹由小樹苗長(zhǎng)成參天大樹，一方面要盡可能的通過自己的根須在土地扎根，吸取土壤中的礦物質(zhì)和水分；另一方面要 不停的伸展自己的枝葉，和太陽光進(jìn)行光合作用獲取能量。 常見的樹狀分叉網(wǎng)絡(luò)有植物軀干網(wǎng)絡(luò)、葉片的脈絡(luò)網(wǎng)絡(luò)、生物組織的血管系統(tǒng)、支氣管樹、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、河流盆地和 閃電、裂縫網(wǎng)絡(luò)、地下油藏的多孔滲流網(wǎng)絡(luò)等等。盡管它們?cè)诓幌嗤纳L(zhǎng)環(huán)境 和用途下，它們?cè)诮Y(jié)構(gòu)上都有一個(gè)共同的特點(diǎn)：呈分形樹狀分布。 為設(shè)計(jì)性能更好的冷卻系統(tǒng)做初步的準(zhǔn)備 。 與大部分觀點(diǎn)不同，Escher ]5[ 等 認(rèn)為在流量恒定的情況下，平行管道的冷卻帶走的能量是分形管路的 4倍 之多 。 陳平 等 [4 ]對(duì) 根據(jù)矩形電子芯片的要求，設(shè)計(jì) T 形 樹狀通道結(jié)構(gòu) 的冷卻 系統(tǒng) ，發(fā)現(xiàn) 其 在降低泵功方面有著巨大的潛力。 Silva ]2[ 和 Bejan ]3[ 等 根據(jù)圓形 電子芯片 的需求 ， 設(shè)計(jì)了樹狀結(jié)構(gòu)逆流換熱器 ，如圖 所示。 有些學(xué)者受生物肺很高的傳熱面積密度啟發(fā)，設(shè)計(jì)了樹狀結(jié)構(gòu)換熱器。 在 80年代 ，Tuckerman 和 Pease ]1[ 首次將微通道蝕刻技術(shù)應(yīng)用于電子芯片的冷卻，并對(duì)平行微通道散熱器進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)其散熱強(qiáng)度可高達(dá) 750W/cm2。傳統(tǒng)的空 氣冷卻方式（風(fēng)扇等）難以處理如此高的熱流密度， 因此研究 更有效的微型散熱器變得非常重要 ，它 在性能方面主要有三個(gè)方面的要求 ： (1) 流動(dòng)阻力損失 小，這樣泵功消耗就小； (2) 冷卻換熱速率高； (3) 溫度分布均勻性 好。(2)Under the premise of the overall heat transfer and heat transfer coefficients are equal, the pump power of fractal treelike channels is lower then the parallel channels cooling system. In this paper, the results can provide the useful reference for the channels design and optimal operation. Keywords: TreeLike； Fractal； Fluid Flow and Heat Transfer； optimal parameter；FLUENT. 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) V 目 錄 第一章 緒論 1 課題的背景與研究現(xiàn)狀 1 樹狀結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介 2 本文主要研究的內(nèi)容和目標(biāo) 4 本文的主要工作 4 第二章 樹狀管路的流動(dòng)特性模擬 5 FLUENT 軟件簡(jiǎn)介 5 管內(nèi)流動(dòng)的一些基本概念 6 單管流動(dòng)狀況的計(jì)算驗(yàn)證 8 二級(jí) Y 型管路幾何要素優(yōu)化 14 層流流動(dòng)狀況 15 湍流光滑區(qū) 17 Y型樹狀管路的 FLUENT模擬優(yōu)化 17 層流狀態(tài)下的 Y型管內(nèi)流動(dòng) 17 尋求最優(yōu)的分岔角 23 FLUENT 建立多級(jí) Y型模型 29 FLUENT建模分析四級(jí) T型樹狀管路內(nèi)的流動(dòng)特性 31 第三章 樹狀分形結(jié)構(gòu)水力特性 及熱力特性 34 T 型樹狀管的換熱特性分析 34 微通道內(nèi)的流動(dòng)為層流 39 微通 道內(nèi)的流動(dòng)為湍流（ 2020Re20200） 40 微通道內(nèi)的流動(dòng)為湍流（ 20200Re6000 ?? ） 41 T 型樹狀管路的水動(dòng)力特性分析 42 管內(nèi)的流動(dòng)時(shí)層流 45 微通道內(nèi)的流動(dòng)為湍流（ 2020Re20200） 46 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) VI 微通道內(nèi)的流動(dòng)為湍流（ 20200Re6000 ?? ） 47 結(jié)語 51 致謝 52 參考文獻(xiàn) 53附錄 54 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 1 第一章 緒論 、 課題的背景 與研究現(xiàn)狀 近些年來， 隨著計(jì)算機(jī)集成化程度越來越高， 電子元器件日益微元化， 其中的熱問題變得非常突出 ， 今年的 晚會(huì)上惠普電腦被爆出計(jì)算機(jī)存在嚴(yán)重的散熱問題。 本文為流體樹狀管路的優(yōu)化和設(shè)計(jì)提供了有益的參考。 在論文第三章采用經(jīng)驗(yàn)公式方法分析了 N 級(jí)樹狀分形管路的流動(dòng)換熱特性，并與平行通道冷卻系統(tǒng)進(jìn)行了比較。然后通過 FLUENT 軟件，建立 Y 型管路 的三維 網(wǎng)格 模型 ， 并尋 找出 考慮局部損失時(shí)的 最優(yōu) 幾何 參數(shù)。 本文 第二章主要是應(yīng)用 FLUENT 軟件模擬了 Y 型管內(nèi)的流體流動(dòng)狀況。江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) I 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 學(xué) 院 船舶與海洋 工程學(xué)院 專 業(yè) 熱能與動(dòng)力工程專業(yè) 學(xué)生姓名 朱春雷 班級(jí)學(xué)號(hào) 0640202039 指導(dǎo)教師 張東輝 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) II 二零壹零 年六月 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)論文 樹狀管路中流動(dòng)換熱特性分析 Analysis of Fluid Flow and Heat Transfer in Fractal TreeLike Structure 摘 要 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) III 樹狀分形結(jié)構(gòu)是自然界中一種 非常 普遍的結(jié)構(gòu)， 具有很多的特有的運(yùn)輸特性。 本文主要討論了樹狀分形結(jié)構(gòu)的流動(dòng)換熱特性。對(duì)于二級(jí) Y 型管路， 首先 應(yīng)用 拉格朗日乘子法分析 了 不同流動(dòng)狀態(tài)下 的最優(yōu) 幾何參數(shù)。 最后模擬了四級(jí) T型管路的流動(dòng)狀態(tài)。 得出下述結(jié)論： (1)在換熱面積相同的前提下，樹狀分形管路的換熱性能并非一定最優(yōu)； (2)在 總的傳熱量和傳熱系數(shù)都相等的前提下樹狀分形管路的泵功消耗低于平行通道冷卻系統(tǒng)。 關(guān)鍵詞 : 樹狀 ； 分形 ；流動(dòng) 換熱； 最優(yōu)參數(shù) ； FLUENT. 江蘇科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) IV Abstract Fractal treelike structure is a very mon structure in nature,. with many transport properties. This paper discusses the characteristics of flow and transfer in the fractal treelike structure. The second chapter of this paper simulate the fluid flow of Yshaped channels. ,using FLUENT. For the two Yshaped channels, it discusses the geometric optimal parameters of different flows, through Lagranga multiplier method. Then, using FLUENT to establish threedimensional grid of the Yshaped channels. And find out the geometric optimal parameters, un