圆锥形立式混合器数值模拟Word文件下载.docx
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教师职称:
讲师
圆锥形立式混合器数值模拟(三维)
目录
一、综述----------------------------------------4
二、任务分析------------------------------------4
三、网格划分-------------------------------------4
四、设置边界条件--------------------------------4
五、计算结果与分析--------------------------------5
六、温度分布图分析--------------------------------7
七、中心线上的温度分布----------------------------8
八、总结分析-------------------------------------10
九、综合训练心得体会---------------------------10
十、参考文献-------------------------------------11
一、综述
通过运用FLUENT软件的标准k-e湍流模型对冷、热水混合器进行三维数值模拟计算,分析其内部流场变化情况,通过模拟计算模型内流场变化,能真实放映混合器内部的复杂流动,为混合器的设计和改进提供理论依据。
二、任务分析
冷水和热水分别自混合器的两侧沿水平方向流入(一种方案是冷热水都从水平切线方向流入,一种是热水从水平径向方向流入,冷水从切线方向流入),在容器内混合后经过下部渐缩管道流入等径的出流管,最后流入大气,该问题是三维的流动问题。
如下将对方案一进行设计分析。
三、网格划分
网格生成过程就是把一个给定的区域(或几何体)分解成有限单元,以便使偏微分方程有较好的数值解。
网格生成是连接几何模型和数值算法的纽带,几何模型只有被划分成一定标准的网格时才能对其进行数值求解,网格划分越细,得到的结果就越精确。
此混合器,以进水口位置不同时的模型为例来进行模拟仿真。
其进、出口管径分都为2cm,混合器直径为20cm,高度为8cm。
利用GAMBIT建立混合器的几何模型,利用TGrid程序对整体进行网格划分(采用四面体网格)。
划分好网格后,检查网格的划分情况。
图1是以进、出水口从水平切线方向流入进行网格划分。
图1模型网格划分图
四、设置边界条件
入口边界:
混合器入口速度可以认为是均匀分布的,分析的流体是稳态不可压缩的水。
冷水入口速度大小1m/s,温度280k,热水入口速度大小1m/s,温度320k,冷热水入水口的湍动能κ和湍能耗散系数ε分别按5%的湍流强度和2cm水力直径计算确定。
出口边界:
由于系统背压的存在,对于流出区域,采用压力形式边界。
压力边界值设置为P=1.3e+05pa,即表压设为0pa,即采取默认设置。
壁面条件:
固体壁面上采用无滑移条件
五、计算结果与分析
进口条件湍流模型κ和ε的指定采用湍流强度与水力直径。
在求解中分别选用标准κ-ε模型,模拟计算三维冷热水混合器内部液体流动状况。
结果显示,冷水和热水分别自混合器的两侧沿水平切线方向流入时,标准κ-ε湍流模型在200次迭代时达到收敛,当冷水入口沿水平切线方向流入,热水入口沿水平径向流入时,模型在迭代68次时就达到收敛。
图2迭代收敛曲线
图3z=4平面温度分布
图4壁面冷水侧温度分布
图5壁面热水侧温度分布
六、温度分布图分析
图3是z=4平面上的温度分布图,图4、图5是壁面上的温度分布,通过比较可看出,当冷热水入口沿水平切线方向流入时,冷热水的流动方向相一致因此混合较为平顺,不会产生特别明显的涡流,因此混合器内同一位置温度梯度小;
温度渐变为300k。
实际工程应用中,可采取顺流、逆流、错流等多种形式。
当然会得到不同的温度分布。
图6出口压力分布
图7z=4平面速度分布云图
图8中心截面速度分布云图
z=4平面上的速度矢量图,经分析可得,流体以1m/s流进混合器,随着入水口的增大,进入混合器的流体速度也增大,从图中可看出,当冷水和热水分别自混合器的两侧沿水平切线方向流入时,流体混合较充分。
七、中心线上的温度分布
图9中心线温度分布
图10中心线压力分布
在此入口布置下混流器中心轴线z轴上的温度分布图。
当冷热水都从水平切线方向流入时,在整体范围内z轴上的温度趋于一个稳定的值300k左右,可见这样的入口设置使得混流器内的温度处于一个较为稳定的状态。
八、总结分析
对水流入口的布置方式的数值模拟结果表明,冷、热水入口的布置位置对混流器内部的流场有一定的影响。
该入口的布置使得冷、热水的入流轨迹平顺的相互混合,避免了相互间直接的碰撞,这样降低了混流器内部的混乱程度,降低了混流器内流体速度的不均匀性。
与此方案相对应的另一方案则会得到不同结果,在此不详细论述。
九、综合训练心得体会
经过本次综合训练对gambit和fluent应用软件有了一个初步了解。
认识到计算机工程辅助软件对工况进行模拟,通过不同的参数设定,结构设计,数值分析,满足工程要求条件。
也正基于此点,设计不同的结构模型,而不用实际机械加工即可得到结构、参数分析结果,为选择最佳设计工况选取提供直接借鉴。
并借助计算机能够极大的减少了工作量,提高了工作效率,削弱试验资源短缺限制。
其实就是本项目也可进行不同分析,得到比较完善的结果,但由于时间原因,不得不删繁就简。
通过在设计过程中与同学的沟通交流,完善了知识结构,弥补了其中的欠缺点。
衷心地感谢我的同学们,谢谢你们。
衷心地感谢李老师,感谢您的悉心指导。
十、参考文献
1、《热力学》,(美)沃克(Wark,K.)等,清华大学出版社,2006年(第6版).
2、《流体力学》,汪志明,西安交通大学出版社,2001.
3、《Fluent工程技术与实例分析》,周俊杰,中国水利水电出版社,2010.
4、FLUENT流体工程仿真计算实例与分析,韩占忠.
5、FLUENT工程技术与实例分析,周俊杰.
燕山大学综合训练评审意见表
指导教师评语:
(1)任务完成情况:
按照任务书要求(很好、比较好、一般、较差)完成规定的任务量;
(2)纪律、态度:
工作作风(特别、比较、不够)严谨扎实;
工作(非常、比较、不够)努力;
(3)分析与解决问题的能力:
(能、基本能、不能)运用所学知识和技能去发现与解决实际问题;
(4)综合训练论文质量:
文字通顺,编号齐全、书写工整规范;
图表完备、符号统一、整洁、正确,技术用语准确,有见解;
论述充分,分析、处理问题科学;
本条各项达到要求程度(很好、比较好、一般、较差)。
成绩:
2013年12月20日
答辩小组评语:
(1)论文质量:
图纸、图表、书写的规范性(很好、较好、一般、较差)。
(2)答辩质量:
思路清晰;
语言表达准确,概念清楚,论点正确(很好、较好、一般、较差)。
(3)自我见解:
对工作有自我理解或体会,或有独特见解(很好、较好、一般、较差)。
(4)回答问题:
有理论根据,概念清楚,准确,深入,有逻辑性(很好、较好、一般、较差)。
(5)讲解时间:
符合要求(很好、较好、一般、较差)。
答辩小组成员签字:
2013年12月20日
综合训练总成绩:
2013年12月20日
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