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第五章 FLOTRAN层流和湍流分析算例 问题描述 该算例是一个二维的导流管分析，先分析一个雷诺数为400的层流情况，然后改变流场参数再重新分析，最后再扩大分析区域来计算其湍流情况。该算例所用单位制为国际单位制。分析区域图示如下： 分析方法及假定 用FLUID141单元来作二维分析，本算例作了如下三个分析： 雷诺数为400的假想流的层流分析 降低流体粘性后（即增大雷诺数）的假想流的层流分析 雷诺数约为260000的空气流的湍流分析 分析时假定进口速度均匀，并且垂直于进口流场方向上的流体速度为零。在所有壁面上施加无滑移边界条件（即所有速度分量都为零）；假定流体不可压缩，并且其性质为恒值，在这种情况下，压力就可只考虑相对值，因此在出口处施加的压力边界条件是相对压力为零。 第一次分析时，流场为层流，着可以通过雷诺数来判定，其公式如下： 第二次分析时，将流体粘性降低到原来的十分之一（雷诺数相应增大）后再在第 一次分析的基础上重启动分析 对于内流来说，当雷诺数达到2000至3000时，流场即由层流过渡到湍流，故第三次分析（空气流，雷诺数约为260000）时，流场是湍流。对于湍流分析，上图所示的导流管的后端应加长，以使流场能得到充分发展。此时，应在该次求解之前改变ANSYS的工作名以防止程序在上一次分析结果的基础上作重启动分析。 几何尺寸及流体性质 进口段长度 4 m 进口段高度 1 m 过渡段长度 2 m 出口段高度 2.5 m 层流分析时出口段长度 6 m 湍流分析时出口段长度 12 m 假设流体密度 1 Kg/m3 假设流体粘性 第一次分析0.01Kg/m-s；第二次分析0.001 Kg/m-s 空气密度 1.205 Kg/m3 空气粘性 1.8135*10-5 Kg/m-s 进口速度 2.0 m/s 出口压力 0 nt/m2 分析过程如下： 第1步：进入ANSYS 参见ANSYS Operation Guide 第2步：设置分析选择 1 进入Main MenuPreference 2 点取FLOTRAN CFD项 3 点取OK 第3步：定义单元类型 1 进入Main MenuPreprocessorElement TypeAdd/Edit/Delete 2 点取Add 3 在弹出菜单的左框中点取FLOTRAN CFD，右框中点取2D FLOTRAN 141 4 点取OK 5 点取Close 第4步：生成分析区域的几何面 该步定义三个面：分别表示进口和出口的两个矩形面，以及一个表示过渡段的面。 1 生成进口段，进入Main MenuPreprocessor-Modeling-Create-Areas- RectangleBy Dimensions 2 在弹出菜单中的相应区域输入以下值： X1处输入0 X2处输入2 Y1处输入0 Y2处输入1 3 点取Apply 4 生成出口段，再在上面弹出菜单中输入以下值： X1处输入6 X2处输入12 Y1处输入0 Y2处输入2.5 5 点取OK 6 在工具栏（Toolbar）窗口中点取SAVE_DB 7 进入Main MenuPreprocessor-Modeling-CreateLinesTan to 2 Lines 8 点取左侧矩形的上面一条线作为第一条切线，再在点取菜单中点取OK 9 点取该线的右端点作为第一切点，再在点取菜单中点取OK 10 点取右侧矩形的上面一条线作为第二条切线，再在点取菜单中点取OK 11 点取该线的左端点作为第二切点，再在点取菜单中点取OK 12 在点取菜单中点取Cancel。所生成的结果线是一条界于两个矩形之间的光滑曲线 13 进入Main MenuPreprocessor-Modeling-Create-Areas-ArbitraryThrough KPs 14 分别点取界于两个矩形之间的光滑曲线上的两个端点，再点取左侧矩形的右下角 和右侧矩形的左下角 15 点取OK 16 在工具栏窗口中点取SAVE_DB 第5步：定义单元形状 1 进入Main MenuPreprocessor-Meshing-Mesher Opts 2 将Midside node placement域改为No Midside nodes，点取OK 3 在弹出菜单中点取QuadOnly 4 点取OK 5 进入Utility MenuPlotLines 6 进入Main MenuPreprocessor-Meshing-Size Cntrls-Lines-Picked Lines