ANSYS FLUENT非结构体网格数值计算及后处理——换热器
读入网格
Step1、打开FLUENT
双击FLUENT软件。
Step2、定义求解器参数
在Dimension栏选择3D求解器,其余保持默认设置,单击OK按钮。
Step3、读入网格
选择File→Read→Mesh,选择ANSYS ICEM CFD非结构体网格生成实例——换热器中生成的网格。
Step4、定义网格单位
选择Problem Setup→General→Mesh→Scale,在Scaling栏选择Convert Units,并在Mesh Was Created In下拉列表框中选择m,单击Scale将网格长度单位定义为m,单击Close按钮关闭。
Step5、检查网格
选择Problem Setup→General→Mesh→Check,Minimum Volume应大于0。
Step6、网格质量报告
选择Problem Setup→General→Mesh→Report Quality,查看网格质量详细报告。
Step7、显示网格
选择Problem Setup→General→Mesh→Display,弹出Mesh Display面板的Surface文本框内为边界名,与ICEM中定义的Part名一一对应。单击Display按钮,在FLUENT内显示网格。
定义求解模型
Step8、定义求解器参数
选择Problem Setup→General→Solve,求解器参数采用默认设置,选择三维基于压力稳态求解器。
Step9、定义湍流模型和能量模型
选择Problem Setup→Models→Viscous-Laminar,在弹出的Viscous model面板中勾选Laminar层流模型,单击OK按钮关闭。
选择Problem Setup→Models→Energy-Off,单击Edit,在弹出的对话框中勾选Energy Equations,单击OK按钮确定。
注意:该问题为流动传热问题,因此勾选Energy Equation。
Step10、定义材料
选择Problem Setup→Materials,选择Fluid并单击Create/Edit,在弹出对话框中单击FLUENT Database,在FLUENT材料数据库选择water-liquid,单击Change/Create创建材料。
定义边界条件
Step11、定义FLUID_COLD的材料
选择Ploblem Setup→Cell Zone Conditions,在Zone栏选择fluid_cold,在Type下拉列表框中选择fluid,单击Edit按钮,在弹出对话框的Material Name下拉列表框中选择Step10定义的water-liquid,其余采用默认设置,单击OK按钮确定。采用相同的方法定义FLUID_HEAT的材料为water-liquid。
Step12、定义边界条件
1)定义冷水入口
选择Ploblem Setup→Boundary Conditions,在Zone栏选择c_in,在Type下拉列表框中选择pressure-inlet,单击Edit按钮弹出Pressure Inlet面板,设置Gauge Total Pressure=1000Pa、Supersonic/Initial Gauge Pressure=800Pa、Total Temperature=273K,单击OK按钮确定。
2)定义热水入口
采用上一步的方法,按照Gauge Total Pressure=20000Pa、Supersonic/Initial Gauge Pressure=10000Pa、Total Temperature=373K定义热水入口h_in。
3)定义冷水入口
选择Ploblem Setup→Boundary Conditions,在Zone栏选择c_out,在Type下拉列表框中选择pressure-outlet,单击Edit按钮弹出Pressure Outlet面板,定义Gauge Pressure=0Pa、Backflow Total Temperature=300K。采用相同的方法和参数定义h_out。
4)定义壁面
选择Ploblem Setup→Boundary Conditions,在Zone栏选择wall_pipe,在Type下拉列表框中选择wall,单击Edit按钮弹出Wall面板,在Thermal标签栏的Thermal Conditions栏勾选Coupled,单击OK按钮确定。采用相同的方法定义wall_pipe-shadow。
注意:冷水域(FLUID_COLD)和热水域(FLUID_HEAT)生成网格时均使用了名为wall_pipe的边界,因此当计算网格导入FLUENT后,wall_pipe边界会被分割为wall_pipe何wall_pipe-shadow,其中一个从属冷水域,一个从属于热水域。
5)定义其余壁面
选择Ploblem Setup→Boundary Conditions,在Zone栏选择wall_in,在Type下拉列表框中选择wall,单击Edit按钮弹出Wall面板,在Thermal标签栏定义Heat Flux=0W/m2,单击OK按钮定义绝热壁面。采用相同的方法和参数定义wall_out。
初始化和计算
Step13、定义求解器控制参数
选择Solution→Solution Method,在Pressure-Velocity Coupling Scheme栏选择SIMPLE,在Momentum下拉列表框中选择First Order Upwind,其余采用默认设置。
Step14、定义松弛因子
选择Solution→Solution Controls,采用默认设置。
Step15、定义监视器
选择Solution→Monitors,选择Residuals-Print,单击Edit定义各项残差值为1×10-6,单击OK按钮确定。在Surface Monitors栏单击Create,在Surface Monitor面板勾选Plot,在Report Type下拉列表框中选择Area-Weight Average,在Field Variable栏选择Static Temperature,在Surface栏选择c_out,监测计算过程中冷水出口温度变化情况,单击OK按钮确定。
Step16、初始化流场
选择Solution→Solution Initialization,在Initialization Method栏选择Hybrid Initialization,单击Initialize初始化流场。
Step17、迭代计算
选择Solution→Run Calculation,在Number of Iterations文本框中输入2000,定义最大求解步数,单击Calculate开始计算。
Step18、计算结果
监视器中各参数变化情况如下图所示。计算后换热器内部流场分布情况如图所示。
保存计算结果并退出
执行File→Write→Case&Data命令,保存案例文件和计算结果。
退出FLUENT。单击FLUENT界面右上角的×(关闭)按钮,在弹出的Warning 对话框中,单击OK按钮,退出FLUENT。
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