FLUENT模拟：三通内水流特性的精细描绘

某三通管道，水从两个入口流入混合后从一个出口流出，两个入口水的流速均分别为5m/s和3 m/s，入口流入水的温度分别为10℃和90℃。

启动FLUENT并导入网格

1）在Windows系统下执行“开始”→“所有程序”→ANSYS 18.2→Fluid Dynamics→Fluent 18.2命令，启动Fluent 14.5，进入Fluent Launcher界面。

2）在Fluent Launcher界面中的Dimension中选择3D，在Display Options中勾选Display Mesh After Reading，Embed Graphics Windows和Workbench Color Scheme，单击OK按钮进入FLUENT主界面。

3）在FLUENT主界面中，单击主菜单中File→Read→Mesh按钮，弹出Select File（导入网格）对话框，选择网格文件，单击OK按钮便可导入网格。

4）导入网格后，在图形显示区将显示几何模型。

5）单击主菜单中Mesh→Check按钮，检查网格质量，确保不存在负体积。

6）单击主菜单中Define→Units按钮，弹出Set Units（设置单位）对话框。temperature单位选择为C。

7）单击主菜单中File→Write→Case按钮，弹出Select File（保存项目）对话框，在Case File中填入tee，单击OK按钮便可保存项目。

定义求解器

1）单击主菜单中Define→General按钮，弹出General（总体模型设定）面板。在Solver中，Time类型选择Steady。

2）单击主菜单中Define→Operating Conditions按钮，弹出Operating Conditions（操作条件）对话框。保持默认设置，单击OK按钮确认。

定义模型

1）在主菜单中单击Define→Models按钮，弹出Models（模型设定）面板。通过在模型设定面板双击Viscous Model按钮，弹出Viscous Model（湍流模型）对话框。

在Model中选择k-epsilon(2 eqn)，在k-epsilon Model中选择Realizable，单击OK按钮确认。

2）在模型设定面板双击Energy按钮，弹出Energy（能量模型）对话框，勾选Energy Equation激活能量方程，单击OK按钮确认。

设置材料

单击主菜单中Define→Materials按钮，弹出Materials（材料）面板。在材料面板中，单击Create/Edit按钮便可弹出Create/Edit Materials（物性参数设定）对话框。

单击Fluent Database按钮，弹出Fluent Database Materials（材料数据库）对话框。在Fluent Fluid Materials中选择Water-liquid，单击Copy按钮确认，单击Close按钮退出。

设置区域条件

单击主菜单中Define→Cell Zone Conditions按钮启动Cell Zone Condition（区域条件）对话框。

双击fluid弹出Fluid（流体域设置）对话框，在Material Name中选择water-liquid，单击OK按钮确认。

边界条件

1）单击主菜单中Define→Boundary Conditions按钮启动边界条件面板。

2）在边界条件面板中，双击inlet-y弹出边界条件设置对话框。

在Velocity Magnitude填入5，在Turbulence中Specification Method选择Intensity and Hyperdraulic Diameter，Turbulence Intensity填入5，Hyperdraulic Diameter中填入0.15。

在Thermal选项卡中，Temperature中填入10。

单击OK按钮确认退出。

3）在边界条件面板中，双击inlet-z弹出边界条件设置对话框。

在Velocity Magnitude填入3，在Turbulence中Specification Method选择Intensity and Hyperdraulic Diameter，Turbulence Intensity填入5，Hyperdraulic Diameter中填入0.1。

在Thermal选项卡中，Temperature中填入90.

单击OK按钮确认退出。

4）在边界条件面板中，双击out，弹出边界条件设置对话框。

Gauge Pressure中填入0，在Turbulence中Specification Method选择Intensity and Hyperdraulic Diameter，Backflow Turbulence Intensity填入5，Backflow Hyperdraulic Diameter中填入0.15。

在Thermal选项卡中，Temperature中填入30。

单击OK按钮确认退出。

求解控制

1）单击主菜单中Solve→Methods按钮，弹出Solution Methods（求解方法设置）面板。

Pressure选择Second Order，Momentum、Turbulence Kinetic Energy、Turbulence Dissipation rate和Energy均选择Third Order MUSCL。

2）单击主菜单中Solve→Controls按钮，弹出Solution Controls（求解过程控制）面板。保持默认设置不变。

初始条件

单击主菜单中Solve→Initialization按钮，弹出Solution Initialization（初始化设置）面板。

Initialization Methods中选择Hybrid Initialization，单击Initialize按钮进行初始化。

求解过程监视

1）单击主菜单中Solve→Monitors按钮，弹出Monitors（监视）面板，双击Residuals-Print, Plot便弹出Residual Monitors（残差监视）对话框。

保持默认设置不变，单击OK按钮确认。

2）在Surface Monitors下单击Create按钮弹出Surface Monitor（表面监视）对话框。

在Name中输入p-inlet-y，勾选Plot，在Report Type 中选择Area-Weighted Average，在Field Variable中选择Pressure和Static Pressure，在Surface中选择inlet-y，单击OK按钮确认。

3）同步骤（2）设置inlet-z的监视面。

4）在Surface Monitors下单击Create按钮弹出Surface Monitor（表面监视）对话框。

在Name中输入tmax-outlet，勾选Plot，在Report Type 中选择Vertex maximum，在Field Variable中选择Temperature和Static Temperature，在Surface中选择outlet，单击OK按钮确认。

在弹出信息对话框中单击OK按钮。

计算求解

1）单击主菜单中Solve→Run Calculation按钮，弹出Run Calculation（运行计算）面板。

在Number of Iterations中输入200，单击Calculate开始计算。

结果后处理

1）单击主菜单中Report→Result Reports按钮，弹出Reports（报告）面板，双击Fluxes弹出Fluxes Reports（流量报告）对话框。

Option选择Mass Flow Rate，Boundaries中选择inlet-y、inlet-z和outlet，单击Compute按钮计算。

2）单击主菜单中Display→Graphics and Animations按钮，弹出Graphics and Animations（图形和动画）面板，在Graphics下双击Contous弹出Contous（等值线）对话框。

Contous of选择Turbulence和Wall Yplus，在Options中勾选Filled，在Surface中选择新创建的wall-fluid，单击Display按钮，显示云图。

3）Contous of选择Temperature和StaticTemperature，在Options中勾选Filled，在Surface中选择新创建的wall-fluid，单击Display按钮，显示温度云图。

4）单击主菜单中Surface→Iso-Surface按钮，弹出Iso-Surface（等值面）对话框。

在Surface of Contant中选择Mesh和X-Coordinate，在Iso-Values中输入0，在New Surface Name中保持默认设置，单击Create按钮。

5）在Graphics下双击Vectors弹出Vectors（矢量）对话框。在Surface中选择新创建的x-coordinate-5，单击Display按钮，显示速度矢量图。

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