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基于FLUENT的圆形垂直浮力射流的数值模拟(3)

时间:2018-04-10 21:38来源:毕业论文
计算流体动力学(CFD)问题的关键之一便是计算网格的划分。Fluent软件拥有先进的网格技术:完全非结构化网格、先进的动/变形网格以及多网格支持技术


计算流体动力学(CFD)问题的关键之一便是计算网格的划分。Fluent软件拥有先进的网格技术:完全非结构化网格、先进的动/变形网格以及多网格支持技术。完全非结构化网格种类繁多,包括二文的三角形、四边形,三文的四面体、751面体、棱柱以及其它多面体网格等。动/变形网格技术针对的问题主要是边界运动问题,大部分网格的变化都是程序自动生成的,用户需要做的只是对初始边界条件进行设置,因此使用起来非常方便。同时,Fluent软件的网格支持能力也不容小觑,支持的网格类型有:动/变形网格、滑动网格、界面不连续网格以及混合网格等。
2)多种数值算法
Fluent软件主要采用的方法是有限体积法。其提供了三种数值算法:非耦合隐式算法、耦合隐式算法以及耦合显式算法。其算法是常用计算流体动力学(CFD)商用软件中最多的。这三种方法分别适用于不可压、亚音速、跨音速、超音速乃至高超音速流动。
3)先进的物理模型
Fluent软件包含丰富而先进的物理模型。具体如下:
湍流模型的种类比较多,包括雷诺应力模型(RSM)组、 模型组、 模型组、Spalart-Allmaras模型、分离涡模拟模型(DES)组以及大涡模拟模型(LES)和V2F模型等。Fluent软件中还包含许多其他常用的模型,高精度的自由表面模型、离散相模型、欧拉多相流模型、混合分数多相流模型和空泡模型气动噪声模型、动网格模型、多孔介质模型、非均质渗透性模型、传热和辐射模型等。
2.2    Fluent的前置模块
在运用Fluent软件进行数值模拟前,需要建立几何模型并划分网格。这里将简要介绍一下其前置模块——Gambit。众所周知,建模工具种类繁多,但Gambit自诞生以来长期受到人们的青睐,必有其独到之处。首先,Gambit的操作界面简洁直观,建模起来非常方便;其次,Gambit的图形修正功能比较快捷,可以对重合的点、线、面进行自动合并;最后,对一个几何区域进行网格划分时,Gambit会优先选择最合适的网格划分算法,这样就使得网格的划分变得简单。
2.3    基本分析过程
应用Fluent软件进行数值模拟前,需要提前对研究问题进行分析简化,并创建相应的物理模型及数学模型。Fluent数值模拟主要包括以下几个方面:
1)创建几何模型;
2)进行网格划分;
3)选择合适求解器;
4)导入网格,调整网格质量;
5)根据实际问题确定计算类型从而选择相应计算模型;
6)选择基本物理模型:湍流(无粘)、层流、化学反应、化学组分、热传导等;
7)确定所需的附加模型:换热器模型、风扇模型、多孔介质模型等;
8)确定材料及流体、固体物理性质;
9)添加边界条件;
10)选择求解方法,调整控制参数、松弛因子等;
11)设置初始化流场;
12)迭代求解并查看相应求解结果;
13)保存结果并进行相应的后处理。
3    模型建立
3.1    物理模型
计算区域为多级渐扩型结构,高压气体从圆孔垂直喷入后,进入液体工质后产生圆形垂直浮力射流。考虑到入口至第一级台阶的区域较小,射流撞壁将产生卷吸和回流现象,射流沿径向扩展速度将受到限制。当射流扩展到第二级台阶后,径向扰动变大,气液界面的掺混强度增强。因计算区域是对称的,故只考虑一半即可,因此建模时只取了一半进行分析。在此为了忽略重力的影响,于是假设射流向上喷射。
结合圆形浮力射流在液体工质中扩展的物理过程,考虑其受限膨胀的特点,作出如下假设: 基于FLUENT的圆形垂直浮力射流的数值模拟(3):http://www.751com.cn/wuli/lunwen_12842.html
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