fluent算例报告

单入口水力旋流器单相流场的数值模拟

摘要：对水力旋流器进行了网格划分，确立边界条件，基于雷诺应力模型( RSM)，采用CFD 软件FLUENT对水力旋流器的切向和轴向速度场、压力场进行了数值模拟研究，并与理论、实验结果进行了对比分析。

关键字：水力旋流器；单相流场；数值模拟；FLUENT

1 前言

水力旋流器是一种用途非常广泛的分离、 分级、分选的设备，由于其结构简单、操作方便、运行和维护费用低等特点被广泛用于工业生产过程中。自20 世纪60年代以来，许多学者应用N- S 方程以及流体连续性方程在旋流器的流场、颗粒运动行为、分离机理等方面做了大量的工作，建立了许多描述湍流的模型。其中较为成熟的模型有：零方程模型、单方程模型、双方程模型、代数应力模型和雷诺应力模型等，但是受到计算机性能的限制，实现起来比较困难，仅限于单一流体的运动情况。20世纪80 年代以来，随着现代测试技术和计算与模拟技术的飞速发展，数值模拟的准确度和可靠性不断提高，模拟值与实际值更为接近。

本文采用雷诺应力（RSM）模型，对单入口水力旋流器的单相流场进行模拟，同时分析其切向速度和轴向速度以及压力场的分布，对溢流管外壁与柱段壁面之间的旋涡数进行预测，从而为更好的分析多相流场提

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课程：计算流体力学

题目：FLUENT软件不同辐射模型

的运用

因热而发出辐射能的现象称为热辐射。辐射与吸收过程的综合结果就造成了以辐射方式进行的物体间的热量传递——辐射换热。辐射换热是高温条件下换热的主要机制，黑体单位时间内发出的辐射热量与导热、对流换热量相比比较大时，应考虑辐射换热。FLUENT可以计算的辐射换热问题包括火焰辐射，表面的辐射加热或冷却，辐射、对流和热传导的耦合换热问题，空调、通风设备中通过窗户的辐射换热，汽车车厢内的热交换分析，玻璃加工、玻璃纤维拉丝和陶瓷加工过程中的辐射换热问题。这五种模型分别是离散换热辐射模型（DTRM）、P-1辐射模型、rosseland辐射模型、表面辐射模型S2S和离散坐标（DO）辐射模型。 实例：

在边长为1m的正方形容器，右侧壁面温度为2000K，左侧壁面温度为1000K，

52

上下壁面均为绝热。重力方向向下，重力加速度设为6.96 10m/s；容器内部

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C 1.1030 10J/(Kg K)，kg/mP的介质密度为1000的流体介质，其定压比热 3

10kg/(m s)，热传导率k 15.309w/(m k)。流体的介质普朗特粘性系数

5

p 0.71R 5 10数r

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组分传输与气体燃烧

题目：长为2m，直径为0.45m的圆筒形燃烧器结构，燃烧筒壁上嵌有三块厚0.005m，高0.05m的薄板，以利于甲烷与空气的混合。燃烧火焰为湍流扩散火焰。在燃烧器中心有一个直径为0.01m、长0.01m、壁厚为0.002m的小喷嘴，甲烷以60m/s的速度从小喷嘴注入燃烧器。空气从喷嘴周围以0.5m/s的速度进入燃烧器。总当量比大约是0.76，甲烷气体在燃烧器中高速流动，并与低速流动的空气混合，基于甲烷喷口直径的雷诺数约为5700。 一：前处理——利用GAMBIT建立计算模型，其基本结构及网格画法如下图

几何结构示意图

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燃烧筒网格图

二：利用FLUENT进行混合器内流动与换热的仿真计算 1:启动FLUENT-2d，显示网格如下图

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2迭代计算如，:残差图如下

残差监测曲线

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3：显示计算结果，速度分布云图如下：

温度分布云图

计算流体力学作业FLUENT 模拟燃烧

组分传输与气体燃烧 问题描述：长为2m、直径为0.45m的圆筒形燃烧器结构如图1所示，燃烧筒壁上嵌有三块厚为0.0005 m，高0.05 m的薄板，以利于甲烷与空气的混合。燃烧火焰为湍流扩散火焰。在燃烧器中心有一个直径为0.01 m、长为0.01 m、壁厚为0.002 m的小喷嘴，甲烷以60 m/s的速度从小喷嘴注入燃烧器。空气从喷嘴周围以0.5 m/s的速度进入燃烧器。总当量比大约是0.76(甲烷含量超过空气约28%)，甲烷气体在燃烧器中高速流动，并与低速流动的空气混合，基于甲烷喷嘴直径的雷诺数约为5.7×103。

假定燃料完全燃烧并转换为:CH4+2O2→CO2+2H2O

反应过程是通过化学计量系数、形成焓和控制化学反应率的相应参数来定义的。利用FLUENT的finite-rate化学反应模型对一个圆筒形燃烧器内的甲烷和空气的混合物的流动和燃烧过程进行研究。

1、 建立物理模型，选择材料属性，定义带化学组分混合与反应的湍流流动边界条件 2、 使用非耦合求解器求解燃烧问题

3、 对燃烧组分的比热分别为常量和变量的情况进行计算，并比较其结果 4、 利用分布云图检查反应流的计算结果 5、 预测热力型和

ABAQUS/CAE典型例题

我们将通过ABAQUS/CAE完成右图的建模及分析过程。

首先我们创建几何体

一、创建基本特征：

1、首先运行ABAQUS/CAE，在出现的对话框内 选择Create Model Database。

2、从Module列表中选择Part，进入Part模块

3、选择Part→Create来创建一个新的部件。在 提示区域会出现这样一个信息。

4、CAE弹出一个如右图的对话框。将这个部件

命名为Hinge-hole，确认Modeling Space、Type和Base Feature的选项如右图。

5、输入0.3作为Approximate size的值。点击 Continue。ABAQUS/CAE初始化草图，并显示格子。

６、在工具栏选择Create Lines: Rectangle(4 Lines) ，在提示栏出现如下的提示后，输入（0.02,0.02）和

（-0.02,-0.02），然后点击３键鼠标的中键（或滚珠）。 ７、在提示框点击OK按钮。CAE弹出 Edit Basic Extrusion对话框。

８、输入0.04作为Depth的数值，点击 OK按

ABAQUS/CAE典型例题

我们将通过ABAQUS/CAE完成右图的建模及分析过程。

首先我们创建几何体

一、创建基本特征：

1、首先运行ABAQUS/CAE，在出现的对话框内 选择Create Model Database。

2、从Module列表中选择Part，进入Part模块

3、选择Part→Create来创建一个新的部件。在 提示区域会出现这样一个信息。

4、CAE弹出一个如右图的对话框。将这个部件

命名为Hinge-hole，确认Modeling Space、Type和Base Feature的选项如右图。

5、输入0.3作为Approximate size的值。点击 Continue。ABAQUS/CAE初始化草图，并显示格子。

６、在工具栏选择Create Lines: Rectangle(4 Lines) ，在提示栏出现如下的提示后，输入（0.02,0.02）和

（-0.02,-0.02），然后点击３键鼠标的中键（或滚珠）。 ７、在提示框点击OK按钮。CAE弹出 Edit Basic Extrusion对话框。

８、输入0.04作为Depth的数值，点击 OK按

使用求解器

数值格式概况

FLUENT提供两种数值求解方法：分离解法(\和耦合解法(\。

Fluent的两种解法都可以解守恒型积分方程，其中包括动量、能量、质量以及其他标量如湍流和化学组分的守恒。在两种情况下都应用了控制体技术，它包括： 使用计算网格对流体区域进行划分

对控制方程在控制区域内进行积分以建立代数方程，这些代数方程中包括各种相关的离散变量如：速度、压力、温度以及其他的守恒标量

离散方程的线化以及获取线性方程结果以更新相关变量的值

两种数值方法采用相似的离散过程——有限体积，但线化的方法以及离散方程的解法是不同的。首先我们在离散解法与耦合解法中讨论一般的解法，然后讨论一下线性显式与隐式中的线化方法

分离解方法

分离求解器原来是FLUENT 4和FLUENT/UNS所用的算法。使用该方法，控制方程是分离解出的（即：一个一个的解）。因为控制方程是非线性的（还是耦合的），所以在得到收敛解之前，必须进行迭代。下面是对每步迭代的介绍：

1. 在当前解的基础上，更新流体属性（如果计算刚刚开始，流体的属性用初始解来更新） 2. 为了更新流场，u，v和w的动量方程用当前压力和表面质量流量按顺序解出。 3. 因为第一步得到的速度可能在局部不满足

2、 求解实例的步骤：

1） 导入网格。将Fluent中生成的网格文件.msh导入到OpenFoam中需要执行fluentMeshToFoam命令。通过该命令导入的网格由于软件转换的不足，需要使用者在执行前检查导入网格的边界条件是否正确，只有在网格边界条件正确的情况下才能执行计算命令。 2） 检查网格。命令为checkMesh 3） 设置相应的物性参数，如在case1/constant/transportProperties路径下设定运动粘度（nu）。 4） 设定初始条件，如在case1/0/p路径下设定初始状态下的压力场。

5） 对计算时间和输入/输出数据的控制。如在case1/system/controlDict路径下设定相应的起始/终止时间，一定的时间步，输出的格式或精度，输出的时间间隔等。

6） 设定各个求解量的离散格式，如在case1/system/fvSchemes路径下设定时间的离散格式为欧拉格式，即：ddtSchemes {default Euler}。

7） 设定求解器，求解方法，以及松弛因子等，如在case1/system/fvSolution路径下设定求解方法为PISO方法。

8） 执行求解命令，如ico

请计算如下算例： 空气进口：702.3K； 燃料进口：288K； 甲烷燃料；

采用Chemkin的PSR模型模拟计算当量比0.35下的燃烧室出口温度和NOx/CO排放。

1．打开Chemkin软件 2. 点击create new project

，输入任务名称，如图所示：

3.将所需的图标拖拽到窗口栏中，并选择gas flow连接不同反应器，然后单击右下角的update

4.双击pre-processing，选择工作目录working dir。点击new chemistry set选择计算文件（用王翰林师兄的GRI2.11）机理，因为有Gas Transport Data File，所以不要勾选Process Transport Properties，点击save。

点击Edit chemistry set可以编辑修改机理。

5.然后开始设置各项参数：

C1_PSR选择solve gas energy equation，具体参数设置如下：其中，滞留时间设定0.01s，模仿燃烧室内的滞留时间，温度初设一个估计值，如果温度太低不能点火，再调高。

C1_Inlet1设置为甲烷进口，组分设置完之后点击Normalize

C1_Inlet2设置为空气

桩基础算例

桩基础由基桩和连接于桩顶的承台共同组成。若桩身全部埋于土中，承台底面与土体接触，则称为低承台桩基；若桩身上部露出地面而承台底位于地面以上，则称为高承台桩基。建筑桩基通常为低承台桩基础。高层建筑中，桩基础应用广泛。一般工程结构都是由地基、基础和上部结构组成。上部结构可以是桥梁或房屋建筑物等，基础起着将上部结构荷载传入地基和将地震荷载传给上部结构的连接作用。

算例:桥梁桩基础的静力分析问题

问题描述：承台全桩基础断面尺寸为8.5m*8.5m，如图1所示。其中，承台厚3m，全桩长32m，采用4根直径为2m的钻孔灌注桩，桩基础混凝土全部采用C30混凝土，弹性模量E?3?104MPa，泊松比μ=0.2，质量密度为2500kg/m3，地基土的水平抗力系数的比例系数m=25000kN,Q=3000kN和M=6000kN·m。

300 N M Q 地面线或局部冲刷线 200 3000

地面线或局部冲刷线

3000 ?0

m?10000kN/m4 图2

解题思路：

1.计算桩柱的等效集中弹簧刚度Ki

按照规范，地基土堆桩柱侧面的地基系数随深度y成正比例增长，即C=my（m是“m”法的地基系数），故可先从覆盖层顶面（冲刷线