Fluent inс. Документация к программному обеспечению. FLUENT, GAMBIT. Краткое описание программного комплекса CFD с уроками (на русском языке)
Подождите немного. Документ загружается.
Рис.5.3. Построение сетки для задачи обтекания куба
На последнем этапе задаем тип граничных сечений области. Нажимаем кнопку раздела
Operation и кнопку раздела Zones. Далее в пункте Specify Boundary Types в пункте
Entities указываем конкретную граничную поверхность и определяем ее тип. Поверхности
симметрии face.13 задаем тип SYMMETRY, входному сечению face.3 – VELOCITY
INLET, выходному сечению face.4 – OUTFLOW, на боковой face.5 и верхней face.6
границах – WALL0, на поверхностях куба (face.9, face.10, face.11, face.12) и пластине
(face.1) – тип WALL. Нажатие кнопки Apply завершает подготовку сетки к расчетам.
Сетка готова. Чтобы ее экспортировать в формат файлов сеток FLUENT, необходимо в
разделе меню File выбрать Export → Mesh, ввести имя файла с расширением msh, нажать
кнопку Accept. Кроме того, полезно сохранить заданные настройки сетки в формате
GAMBIT.
5.4.1. Выбор метода решения и настройка расчетного
модуля FLUENT
Производим запуск пакета FLUENT, выбираем версию 3ddp (трехмерный случай, расчет
с двойной точностью). Выбираем пункт меню File → Read → Case и читаем созданный в
GAMBIT файл с расширением msh.
После успешного чтения конечно-разностной сетки с указанием типа границ в пункте
меню Grid → Polyhedra → Convert Domain перестроим трехмерную сетку с
пирамидальными ячейками в сетку с ячейками-многогранниками. Выбор таких сеточных
элементов существенно сокращает время счета без потери точности. Выбрав пункт меню
Display → Grid и нажав кнопку Display, можно посмотреть перестроенную сетку (рис.
5.4).
Рис. 5.4. Перестроенная сетка для расчетной области
5.5 Некоторые результаты расчета
На рис. 5.11 и 5.12 представлены векторные поля скорости в плоскости симметрии и
параллельно обтекаемой поверхности при x
3
=0,02.
Рис.5.11. Векторное поле скорости в плоскости симметрии при обтекании куба, лежащего
на плоскости
Рис. 5.12. Векторное поле скорости в горизонтальной плоскости, проходящей через
половину высоты куба
Из рисунков видно, что за кубом образуется обширная рециркуляционная зона сложной
пространственной ориентации. Расчетами также фиксируются небольшие
рециркуляционные зоны перед кубом и на его боковых и верхней гранях. Также вокруг
обтекаемого куба происходит увеличение модуля скорости.
Рис. 5.13. Контурные линии поля скорости в ветикальных плоскостях, параллельных
плоскости симметрии
Рис. 5.14. Контурные линии поля скорости в горизонтальных плоскостях при уменьшении
вертикальной координаты
5.6. Задания
1. Воздух при температуре 20° С обтекает плоскую пластину при скорости
невозмущенного потока 10 м/с. Интенсивность турбулентности набегающего потока
соответствует естественному уровню 0,25%. Построить конечно-разностную сетку и
провести расчет на основе пакета FLUENT неизотермического течения над плоской
пластиной. Построить графики изменения значения коэффициента трения и числа
Нуссельта вдоль пластины. Дать объяснение полученным результатам.
2. Поверхность квадратной пластины площадью 1,8 м
2
обтекается потоком воздуха со
скоростью 3 м/с и более высокой температурой (перепад температур 60 градусов).
Интенсивность турбулентности набегающего потока соответствует естественному уровню
0,25%. Построить конечно-разностную сетку и провести расчет на основе пакета
FLUENT неизотермического течения над плоской пластиной. Рассчитать касательное
напряжение на пластине и определить общую силу сопротивления пластины. Построить
график изменения локального коэффициента теплоотдачи с расстоянием, отсчитываемым
от передней кромки плоской пластины.
3. Прямоугольная пластина имеет длину в направлении потока 120 см и ширину 200 см.
Температура пластины поддерживается равной 353 К при обтекании ее азотом, имеющим
скорость 2,5 м/с и температуру 273 К. Определить локальный и средний коэффициент
трения, локальный и средний коэффициент конвективной теплоотдачи, общий тепловой
поток от пластины.
4. Воздух при атмосферном давлении обтекает плоскую пластину длиной 3 м и шириной 5
м. Температуры воздуха и пластины 288 К и 338 К, а скорость воздуха 35 м/с. Построить
конечно-разностную сетку и провести расчет на основе пакета FLUENT
неизотермического течения над плоской пластиной. Интенсивность турбулентности
набегающего потока равна 1%. Рассчитать на задней кромке пластины (т.е. при x
1
=3 м)
локальный коэффициент трения и локальный коэффициент теплоотдачи. Также
рассчитать эти же параметры в том сечении, где поток становится турбулентным.
5. Вода обтекает квадратную пластину со стороной 2 м. На пластине посередине
располагается препятствие в виде куба со стороной 0,05 м. Температура воды составляет
363 К, а ее скорость 10 м/с. Интенсивность турбулентности набегающего потока равна
1%. Температура пластины и куба 303 К. Построить конечно-разностную сетку и
провести расчет на основе пакета FLUENT неизотермического течения. Изучить характер
течения вблизи обтекаемого тела. Определить силу сопротивления пластины и
теплоотдачу от ее поверхности при наличии препятствия на пластине и без него. Дать
объяснение полученным результатам.
6. Мощность электрического нагревателя 400 Вт. Нагреватель, лежащий на
теплоизолированной поверхности, охлаждается воздухом, имеющим температуру 303 К и
движущимся навстречу нагревателю со скоростью 28 м/с. Размер нагревателя в
направлении течения 75 см, а поперек течения 125 см. Высота нагревателя 50 см.
Построить конечно-разностную сетку и провести расчет на основе пакета FLUENT
неизотермического течения. Определить температуру нагревателя. Исследовать
распределение локальных параметров течения и теплообмена.
7. Кубический электрический нагреватель с площадью поверхности 0,1 м
2
имеет
поддерживаемую постоянной температуру поверхности 353 К. Нагреватель обогревает газ
СО
2
, имеющий исходную температуру 283 К и обтекающий поверхности нагревателя со
скоростью 20 м/с. Интенсивность турбулентности набегающего потока равна 1%.
Построить конечно-разностную сетку и провести расчет на основе пакета FLUENT
неизотермического течения. Определить распределение температуры газа вдоль оси
симметрии за обогревателем. Вычислить средний коэффициент теплоотдачи и общее
количество тепла, отдаваемого газу.
8. Блок с электронным оборудованием для измерения физических свойств воды погружен
позади судна. Скорость движения судна 24 м/с. Блок с измерительной аппаратурой имеет
площадь поверхности 3 м
2
и потребляет мощность 8500 Вт. Соотношение сторон
параллелепипеда – блока 1:1:3. Построить конечно-разностную сетку и провести расчет
на основе пакета FLUENT неизотермического течения вокруг обтекаемого препятствия.
Вычислить распределение температуры на поверхности блока, если температура
окружающей его воды составляет 288 К. Рассчитать натяжение кабеля, удерживающего
блок.
9. Воздух при температуре 20° С обтекает плоскую пластину с кубической выемкой
глубиной 0,1 м при скорости невозмущенного потока 10 м/с. Интенсивность
турбулентности набегающего потока соответствует естественному уровню 0,25%.
Построить конечно-разностную сетку и провести расчет на основе пакета FLUENT
неизотермического течения над плоской пластиной. Построить графики изменения
значения коэффициента трения и числа Нуссельта вдоль пластины. Исследовать характер
движения и распределения температуры в выемке. Дать объяснение полученным
результатам.
10. Построить конечно-разностную сетку и провести расчет на основе пакета FLUENT
турбулентного течения воздуха при обтекании препятствия в виде балки квадратного
поперечного сечения, лежащей на пластине поперек основному потоку. Скорость
невозмущенного потока 10 м/с. Высота балки 0,1 м. Построить распределения поля
скорости и параметров турбулентности вблизи преграды. Исследовать изменение
характера течения в случае поворота балки на 45° относительно своей оси, а также ее
поворота на 45° относительно направления движения основного потока.
Литература
1. Ковеня В.М., Яненко Н.Н. Метод расщепления в задачах газовой динамики. –
Новосибирск: Наука, 1981. – 304 с.
2. http://www.processflow.ru/flue nt.html
3. http://www2.sscc.ru/HKC-160/HK C-160.htm
4. http://www.fluentusers.com
5. Wilcox D.C. Turbulence Modeling for CFD. DCW Industries, La Canada, CA, 2nd
edition, 1998.
6. Shih T.-H., Liou W.W., Shabbir A. et al. A New Eddy-Viscosity Model for High
Reynolds Number Turbulent Flows – Model Development and Validation // Computers
Fluids. 1995. N. 24, Vol. 3. P. 227–238.
7. Henkes R. A. W. M., van der Flugt F. F., Hoogendoorn C. J. Natural Convection Flow in
a Square Cavity Calculated with Low-Reynolds-Number Turbulence Models // Int.
J. Heat Mass Transfer. 1991. Vol. 34. P. 1543–1557.
8. Driver D. M., Seegmiller H. L. Features of reattaching turbulent shear layer in divergent
channel flow // AIAA Journal. 1985. Vol. 23. P. 163–171.
http://mylearn.ru/kurs/30 FLUENT, GAMBIT
http://www.processflow.ru/feedback.html FIDAP
http://mylearn.ru/kurs/36 Имитационное моделирование
http://mylearn.ru/kurs/29/1406 Wirtschaftsmodelle