歧管流动与传热模拟：Fluent应用案例

1. 问题描述

此处建模的歧管如图所示：用于流量建模的歧管几何结构。热风以925 K的温度和10 m/s的相同入口速度流经三个入口，然后通过出口排出。流体和歧管之间发生对流传热。给的模型是固体区域。

2. 网格划分

• 双精度、3d启动meshing
• 水密几何工作流
• 导入几何体，单位mm
• 不添加局部尺寸
• 默认生成面网格
• 描述几何
     

封盖

• 抽取流体域
• 更新区域
• 添加边界层
• 使用默认生成体网格
• 检查网格

3. 计算设置

3.1 GENERAL

• 修改长度单位为mm: Domain → Mesh → Units…
• 基于压力求解
• 稳态求解

3.2 MODEL

• 开启能量方程
• 使用默认湍流k-omega-SST模型

3.3 MATERIAL

• 修改固体材料铝的性质
     

3.4 Cell Zone Conditions

• 固体区域材料是cast-iron
• 流体区域材料是air
• 其他保持默认

3.5 Boundary Conditions

• 三个入口速度为10m/s；湍流强度10%；水力直径40mm；thermal温度925K
• 出口湍流强度为10%；水力直径40mm；其他保持默认
• 设置固体和流体的对流传热

3.6 Method

• 保持默认

3.7 设置监测参数

3.7.1 出口面最大速度

• Solution → Reports → Definitions → New → Surface Report →Facet Maximum…
• 勾选report file、 report plot、print to console
• 命名point-vel
• field variable选择velocity
• surface选择outlet
• ok

3.7.2 入口面质量流率

• Solution → Reports → Definitions → New → Flux Report → Mass Flow Rate…
• 勾选report file、 report plot、print to console
• 命名mass-in
• option选择mass-flow-rate
• surface选择固体和流体区域的所有入口面
• ok

3.7.3 整个区域的质量流率

• Solution → Reports → Definitions → New → Flux Report → Mass Flow Rate…
• 勾选report file、 report plot、print to console
• 命名mass-tot
• option选择mass-flow-rate
• surface选择所有boundary
• ok

3.7.4 质量平衡

使用表达式可以使用现有报告定义创建质量平衡的报告定义

• Solution → Reports → Definitions → New → Expression…
• 命名mass-bal
• 从Report Definitions中选择mass-tot → / → 从Report Definitions中选择mass-in
• 勾选report file、 report plot、print to console
• ok
  

3.8 Initialization

• Standard Initialization
• Initialization

3.9 Calculation

• time scale factor设置为5
• 迭代100步
• calculate

3.10 Results

• 残差图
• 质量平衡

4. 后处理

4.1 pathlines

显示流体域的流体路径

• Results → Graphics → Pathlines → New…
• 命名默认
• options勾选accuracy control
• path skip 设置为5
• color by→particle variables…→time
• surface选择流体域所有入口
• save/display
  

4.2 创建剪裁面

• 创建x轴截面方便观察
• 创建z轴截面方便观察
     

4.3 创建包含网格和路径线的场景

• Results → Scene→ New…
• 命名默认
• 勾选pathlines-1
• new object→ mesh→ 弹出对话框→ options勾选edges和faces→ 名字默认→ 边类型为all→ surface选择刚创建的x剪切面clip-x-coordinate→ save/display→ 回到scene对话框
• 勾选mesh-1
• 调节mesh-1透明度transparency为50
• save/display
  

4.4 创建和定义出口处的速度幅值等高线以及网格

• Results → Graphics → Contours → New…
• 命名contour-velocity
• contours of选择velocity
• surface选择流体域的出口面
• coloring选择banded
• options选择filled、global range、AUTO range、draw mesh
• 弹出mesh对话框→ 显示固体域出口面的网格→ options选择面和线→ 边类型为all→ display
• save/display
  

4.5 创建z轴对称面处温度云图

• 创建z轴对称面 Results → Surface → Create → Iso-Surface… Surface of Constant选择mesh…→ z coordinate from zones选择流体域和固体域 compute iso-values修改为（最大值+最小值）/2 save
• 创建温度云图 Results → Graphics → Contours → New… 命名contour-temperature contour-temperature选择temperature surface选择流体域的所有入口和出口、刚创建的z轴对称面、固体区域的出口面 coloring选择smooth draw mesh → 选择clip-z-coordinate → display

5. 总结

通过歧管这个例子，应该熟悉并了解给出一个固体模型，研究里面流体的流动与传热，应该如何使用fluent meshing抽取流体域。此外应该掌握fluent剪裁面的创建、场景的创建（网格和流线图同时存在），等值线图中显示网格等后处理操作。更关键的是，要在fluent计算之前想好怎么监测自己的计算，比如创建出口处的流率，创建质量平衡表达式等。

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