引射式冷热水混流器流动分析(三维).doc

燕山大学 专 业 综 合 训 练 说 明 书 题目：引射式冷热水混流器流动分析（三维） 学院（系）： 年级专业： 学 号： 指导教师： 李 教师职称： 讲 师 目录 一、设计任务和要求 ------------------------------ 2 二、设计依据和设计原则 -------------------------- 2 三、设计方案论述 （Ⅰ）建立仿真模型并对网格进行设定和划分 --------- 2 （Ⅱ）设置边界类型 ------------------------------ 3 （Ⅲ）启动Fluent，读入网格文件 ------------------- 3 (Ⅳ) 求解器参数设置及边界条件设置 -------------- 3 （Ⅴ）设置求解器控制参数 -------------------------- 4 （Ⅵ）图像处理 ----------------------------------- 5 四、综合训练心得体会 ----------------------------- 8 引射式冷热水混流器流动分析（三维） 一、设计任务和要求 在本次的综合训练中，我做的项目是引射式冷热水混流器流动分析，即冷水自左侧管道入口流入，经渐缩管道后，速度加快，同时压强降低，在管道喉部产生真空，将热水管道中的热水吸入主管道，冷热水混合后，经右侧管道流出，分析此过程中混流器的压力、速度、温度等参数的分布情况。 二、设计依据和设计原则 本结构属于文丘里管类型，设冷水入口处压强、流速、喉部压强、流速、出口处压强、收缩段、渐扩段局部损失系数，不计沿程损失，根据伯努利方程和连续性方程，考虑到出口压强为0，冷水流入速度为1m/s，在有热水支管的情况下，得到冷水入口压强7142Pa，喉部平均压强-1074Pa，出口平均温度约为304.9K，且流量最后满足质量守恒定律。 三、设计方案论述 （Ⅰ）建立仿真模型并对网格进行设定和划分 在进行模拟数值计算及分析参数变化之前，先建立三维仿真模型。建模时还分为建立冷水流入管道、出口管道、热水流入管道、渐缩管，首先创建圆柱型管道，然后创建两个不同的圆锥型管道，通过体的平移组成渐缩管道，同样的方法创建进口和出口管道、热水流入管道，通过平移组合起来，完成了初步的建模，还必须有一步关键步骤，那就是分割管路，把六个体构成一个流动区域，合并成一个整体，考虑到喉部附近网格应该分得密一些，还需把整体进行切割。这样混流器的模型才算真正建立成功了，最终的建模结果如下： 图1 混流器模型 （Ⅱ）设置边界类型 确定边界类型是必不可少的关键步骤，设置冷水入口边界名为inlet_cold，热水入口边界名为inlet_hot，混合水出口边界名为outlet，输出并保存网格文件。 （Ⅲ）启动Fluent，读入网格文件 完成以上基本步骤之后，启动Fluent-3d，读入网格文件，进行网格检查、确定长度单位以及网格光滑处理等步骤。 （Ⅳ）求解器参数设置及边界条件设置 计算模型及设置边界条件时启动能量方程后要选择紊流模型，选取水为流体材料，假设水为不可压缩流体，密度为1000kg/m3，黏性为0.001。 因为此模型开口较多，所以需要对边界条件进行多项设置，确定流域内的流体材料为水。对冷水入口边界设置，温度为300K，速度为1m/s，紊流强度为1%，水力直径为2cm；对热水入口边界设置，温度为360K，紊流强度为1%，水力直径为0.8cm；对冷热水混合后的出口边界条件设置，温度为300K，紊流强度为1%，水力直径为2cm；固壁边界条件保留默认设置。 （Ⅴ）设置求解器控制参数 设置求解器控制参数，选择默认求解设置，初始化流场，以使计算尽快地达到收敛，它仅仅是一个猜测值，设置残差检测器，利用迭代计算的方法，设置迭代的最大次数1000，经过约578次迭代后残差收敛。残差是通量之和，当收敛后，理论上当单元内没有源项使各个面流入的通量也就是对物理量的输运之和应该为零。最大残差或者RSM残差反映流场与所要模拟流场（只收敛后应该得到的流场，当然收敛后得到的流场与真实流场之间还是存在一定的差距）的残差，残差越小越好，由于存在数值精度问题，不可能得到0残差，对于单精度计算一般应该低于初始残差1e-03以下才好，当注意具体情况，看各个项的收敛情况（比方说连续项不易收敛而能量项容易）。一般在FLUENT中可以进行进出口流量监控，当残差收敛到一定程度后，还要看进出口流量是否稳定平衡，才可确定收敛与否（翼型计算时要监控升阻力的平衡）。残差在较高位震荡，需要检查