Введение

Это обучающее руководство показывает определение и расчёт двухмерного турбулентного течения жидкости и теплопередачи в отдельных блоках.  Предлагаемая конфигурация из отдельных блоков применима в системах трубопроводов энергетических установок и в обрабатывающей промышленности. Это бывает важно для прогнозирования поля скоростей и температур в окрестностях отдельных областей для правильного определения расположения входных трубопроводов.

В этом руководстве вы научитесь как:

• Читать существующие файлы сеток в FLUENT
• Задавать геометрию и свойства жидкости
• Устанавливать свойства материалов и граничные условия для задач принудительной конвекции
• Проводить расчёты с последующим графическим отображением результатов
• Проводить расчёт используя отдельные решатели
• Оценить по графикам поля скоростей и температур
• Схемы дискретизации второго порядка для более точного определения температур
• Адаптировать сетку основанную на градиенте температуры для дальнейшего повышения точности определения температур.

Описание задачи

Задача требующая решения изображена схематично на рис. 1.1. Холодная жидкость 26C проходя через широкий канал и смешивается с более тёплой жидкостью 40C в коленчатом патрубке. Размеры патрубка даны в дюймах. Граничные условия даны в единицах СИ. Число Рейнольдса во входном патрубке составляет 2.03*10 поэтому необходима турбулентная модель.

Рисунок 1 -Схема задачи.

Подготовка

1. Скопируйте файл elbow/elbow.msh с CD с документацией FLUENT в рабочую директорию.

Для систем UNIX, вставьте CD в CD-ROM и перейдите в директорию:

/ cdrom /fluent6.1/help/tutfiles/

где cdrom нужно заменить на имя вашего CD-ROM.

Для Windows, вы найдёте файлы в директроии:

cdrom :\fluent6.1\help\tutfiles\

где cdrom нужно заменить на имя вашего CD-ROM.

2. Запустите 2D версию FLUENT.

Шаг 1: Сетка

1.Считайте файл elbow.msh.

File->Read->Case...

Выбирите elbow.msh под надписью Files и нажмите OK.

2.Проверка сетки.

Grid->Check

Grid Check
Domain Extents:
x-coordinate: min (m) = 0.000000e+00, max (m) = 6.400001e+01
y-coordinate: min (m) = -4.538534e+00, max (m) = 6.400000e+01
Volume statistics:
minimum volume (m3): 2.782193e-01
maximum volume (m3): 3.926232e+00
total volume (m3): 1.682930e+03
Face area statistics:
minimum face area (m2): 8.015718e-01
maximum face area (m2): 4.118252e+00
Checking number of nodes per cell.
Checking number of faces per cell.
Checking thread pointers.
Checking number of cells per face.
Checking face cells.
Checking bridge faces.
Checking right-handed cells.
Checking face handedness.
Checking element type consistency.
Checking boundary types:
Checking face pairs.
Checking periodic boundaries.
Checking node count.
Checking nosolve cell count.
Checking nosolve face count.
Checking face children.
Checking cell children.
Checking storage.
Done.

Замечание:
Проверка сетки составляет список минимальных и максимальных значений и в единицах измерения СИ (по умолчанию) и выдаёт ряд других параметров проверки сетки. Любые ошибки сетки отображаются в это время. Особое внимание уделите отображаемому минимальному объёму. Убедитесь, что это положительное значение. Чтобы масштабировать сетку в необходимые единицы измерения используйте панель Scale Grid (Масштаб сетки).

3.Сглаживание и замена сетки.

Grid->Smooth/Swap...

Нажмите кнопку Smooth (Сглаживание) и после Swap до тех пор пока Number Swapped (Число Заменённых) под Swap Info (Информация замены)не станет равным 0.

Если FLUENT не может улучшить сетку путём замены, ни одной поверхности не будет заменено.

Закройте панель.

4.Масштабирование сетки

Grid->Scale...

В Units Conversion (Преобразование Единиц), выберите in (дюйм) в списке Grid Was Created In in (inches) (Сетка была создана в дюймах).

Нажмите Scale (Масштабировать).

Отображаемые объёмы в Domain Extents (Охват Области) будут показаны в единицах СИ.

Нажмите Change Length Units (Изменить единицы длины) для установки дюймов в качестве рабчих единиц длины..

Отметим, что максимальные значения и составляют 64 дюйма (см. рис. 1.1).

Закройте панель.

Замечание:
В этой задаче нет необходимости изменять остальные единицы измерения. Если вы хотите установить другую единицу измерения длинны используйте панель Set Units (Установка Единиц) в меню Define (Определить).

Отобразите сетку (Рис. 1.2).

Display Grid...

Убедитесь, что все поверхности выбраны и нажмите Display (Отобразить).

Рисунок 1.2 - Треугольная сетка для смешивающего колена.

Внимание:
Вы можете использовать правую кнопку мыши чтобы узнать какой зональный номер соответствует каждой границе. Если вы нажмёте правую кнопку мыши на одной из границ в окне графика её зональный номер, имя и тип отобразятся в консоли окна FLUENT. Эта возможность очень полезна когда имеется несколько зон одного типа.Шаг 2: Модели

Шаг 2: Физические модели.

1.Оставьте опции решателя по умолчанию.

Define->Models->Solver...

2.Включите стандартную k-e- модель турбулентности.

Define->Models->Viscous...

Выберите k-epsilon в списке Model (Модели).

Обычная панель Viscous Model (Модель вязкости) при этом расширится.

Примите по умолчанию стандартную модель (Standard) нажатием OK.

3.Включите теплопередачу (теплообмен; теплоотдача; теплоперенос) активировав уравнение энергии.

Define->Models Energy...