基于FLUENT 的波浪管道热传递耦合模拟 CFD 可以对热传递耦合的流体流动进行模拟。CFD 模拟可以观察到管道内部的流动行为和热传递,这样可以改进波浪壁面复杂通道几何形状中的热传递。 目的: (1) 创建由足够数量的完整波浪组成的波浪管道,提供充分发展条件; (2) 应用周期性边界条件创建波浪通道的一部分; (3) 研究不同湍流模型以及壁面函数对求解的影响; (4) 采用固定表面温度以及固定表面热流量条件,确定雷诺数与热特性之间的关系。 问题的描述: 通道由重复部分构成,每一部分由顶部的直面和底部的正弦曲面构成,如图。 图1 管道模型 空气的流动特性如下: 质量流量: m=0.816kg/s; 密度: ρ=1kg/m3; 动力粘度:μ=0.0001kg/(m·s); 流动温度: Tb=300K; 流体其他热特性选择默认项。 流动初试条件: x 方向的速度=0.816m/s; 湍动能=1m2/s2; 湍流耗散率=1×105m2/s3。 所有湍流模型中均采用增强壁面处理。 操作过程: 一、 完整波浪管道模型的数值模拟 (1) 计算 Re=uH/v=0.816×1/ (0.0001/1) =8160 Cf/2=0.0359Re-0.2=0.0359× (8160)-0.2=0.0059259 0628.00059259.0816.020ftCuu y+=uty/v y=0.00159 (2) 创建网格 本例为波浪形管道,管道壁面为我们所感兴趣的地方所以要局部细化。入口和出口处的边界网格设置如图。 图 2 边网格 生成面网格 图 3 管道网格 (3) 运用 Flu ent 进行计算 本例涉及热传递耦合,所以在 flu ent 中启动能量方程,如图。 图 4 能量方程 设定条件,湍流模型选择标准k-e 模型,近壁面处理选择增强壁面处理。 图 5 湍流模型 设定材料,密度为 1,动力粘度改为 0.0001 如图。 图 6 材料设定 设定边界条件,入口速度为0 .8 1 6 ,湍动能为1 ,湍流耗散率为1 0 0 0 0 0 。出口为自由出口,壁面温度为固定温度分别为3 0 0 k ,5 0 0 k 。 图 7 边界条件 初始化,并计算。 图 8 残差 残差中的 e 和 k 并没有减小,没有达到 10-3 一下,并且由于网格很大,计算时间很长。 图 9 压力分布图 随着流体流动,管道中压力分布趋于平稳,波浪管道中波谷的压力最低,在入口处的压力较高。 图1 0 速度分布图 从图中可以看出,在管道7 -1 1 个波浪处,流动已经充分发展,贴近上壁处速度最大,在波谷出的速度最小,甚至接近于零。 图11 温度分布图 贴近波浪壁面出的温度较高...