计算流体力学应用与实践_三通CFX算例分析.docx

计算流体力学应用与实践三通管道算例分析模型建立使用三维建模软件UG9.0生成一个“T”型三通，其中三通的各个圆形管口半径均为5mm，三通三条管道的汇合点到各个管口之间的长度均为250mm。三维软件中模型的作图历史与最终建模的结果如下图1。最后在UG9.0中把此模型另存为parasolid类型的文件，后缀为x_t，随后导入到ICEM软件中进行网格划分。图1 三通模型示意图网格划分使用ICEM软件进行三通模型的划分网格，首先导入生成好的parasolid文件至ICEM中。然后修复三维模型，并创建Body实体。然后添加Part部分，主要有IN、OUT1和OUT2，其中流体流入的面IN与流体流出的面OUT1、OUT2所对应的具体位置如图2所示。图2 三通液流流向示意图随后继续使用ICEM软件生成四面体网格。其中生成网格的全局尺寸（Global Element Seed Size）设定为2.0。生成全局网格后，再进行光滑滑网格，得到的网格质量如图3所示，从图中可以，所有网格质量均大于0.3，满足求解器的收敛要求。图3 网格质量检查结果在此基础上再生成菱形附面层网格。最后的网格生成结果如图4、图5所示： 图4 管口处的附面层网格 图5 管道中的单层网格最终网格总数量为42661个。前处理以及求解 在CFX-Pre中设置流场参数设置，设置流体为水，热传导项选择热能（Thermal Energy）。在本算例中，设置三通入口流体的速度为10m/s，入口温度为50℃，出口1、出口2压力为0Pa。经过简单探索，最终求解控制设置为：最大迭代步数为1000步，或者残差低于1*E-4时停止计算。由于网格尺寸比较小，网格数量比较多，计算过程收敛得很快。最后求解残差收敛情况如图6所示。图6 三通计算计算结果残差曲线图由于前文中网格尺寸设置较小，网格数总体比较多，继续计算得到的残差结果可以继续缩小。但就本文而言，残差低于0.0001已足够，故保存结果进行后处理，不再往下计算。后处理结果 图7三通分流处速度流线图图8 三通分流处速度云图来流速度为10m/s，中央的液流与管道内的壁面正面碰撞形成一滞止区域，四周液流绕过这一滞止区域的外围向其余两管流走。流出的管道的初始速度分布极不均匀。从图8可知，流出管道一侧流体速度约为2.8m/s左右，而另一侧速度快速衰减到7m/s左右。流出管道中的流场经充分发展后，在出口处流场的速度分布变得均匀，速度为5m/s左右。压力云图如下图9所示：图9 三通分流处压力云图从图9可知，三通在正对来流处的壁面承受的最大压力可达到53kPa，这个区域正正也是上文分析提到的速度滞止区域。在这种情况下，管材可能由于承受巨大的而压力而失效。为避免这种情况发生，首先可以减小来流速度，整体上降低滞止区域的压强。其次，可以把三通做成“Y”型，减少因流动受阻所造成的速度损耗。小结三通可以实现液流的分流和汇合。本文以三通为例，使用三维软件UG建立了一个T型三通的模型，基于数值模拟软件CFX简单计算了液流在三通内实现流体分流的流场数据，并作出简要分析。通过此次三通中流场的仿真计算，基本掌握了分析流场问题的一般性手法，熟悉了从使用三维软件建模、网格划分、前处理、求解以及结果后处理的一套分析流程。