南航计算传热学课程设计报告.docx
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南航计算传热学课程设计报告
计算传热学课程设计报告
班级:
0213101
姓名:
@@@
学号:
021310111
2016年6月22日
目录
一、实验目的3
二、基本原理与步骤3
1、利用gambit建立混合器计算模型:
3
2、利用fluent-2D求解器进行求解:
4
三、实验内容4
1、混合器4
#初始及边界条件:
4
(1)能量方程一阶离散化方法:
4
(2)能量方程二阶离散化方法:
10
(3)按温度梯度修改网格后(能量方程采用二阶离散化方法):
11
(4)修改热水进口流速数据后(能量方程采用一阶离散化方法):
15
2、轴承盖17
#初始及边界条件:
17
(1)原始数据:
17
(2)修改热流量数据后:
18
四、数据分析19
1、混合器19
(1)不同离散化方法对比:
19
(2)是否采用自适应性网格修改对比:
19
(3)不同初始条件对比:
19
2、轴承盖19
不同初始条件对比:
19
五、心得与建议20
1、心得体会20
2、建议20
一、实验目的
1、通过二维冷热水混合器的传热问题设计处理,初步了解NHT对实际工程问题的解决方法及步骤,大致掌握网格的创建与优化,了解定常流求解方法,了解数据处理可视化等软件界面及操作。
同时,求解过程中使用了不同阶的能量方程离散方法,便于对比分析。
2、通过三维稳态热传导——轴承盖温度分布问题,说明了求解能量方程和处理网格的不同换热边界条件来处理纯固体三维稳态热传导问题的求解思路。
对于理解掌握固体计算域的定义,材料的选取和不同边界条件的处理很有帮助。
二、基本原理与步骤
1、利用gambit建立混合器计算模型:
1)利用坐标网格创建节点;
2)在两个节点之间创建直线;
3)利用圆心和端点创建圆弧;
4)由边创建面;
5)对各点定义网格节点的分布;
6)在面上创建网格;
7)定义边界类型;
8)为fluent5/6输出网格文件;
2、利用fluent-2D求解器进行求解:
1)读入网格文件;
2)确定长度单位;
3)确定流体材料及其物理属性;
4)确定边界条件;
5)计算初始化并设置监视器;
6)使用非耦合,隐式求解器求解;
7)利用图形显示方法查看流场及温度场;
8)使用能量方程的二阶差分格式重新计算,改善温度场的计算;
9)利用温度梯度改进网格,进一步改善温度场的计算;
三、实验内容
1、混合器
#初始及边界条件:
项目
冷水入口温度
热水入口温度
冷水入口速度
热水入口速度
壁面条件
原始数据
290k
350k
10m/s
10m/s
绝热边界
更改数据
290k
350k
10m/s
21m/s
绝热边界
(1)能量方程一阶离散化方法:
迭代过程图
温度填充分布图
出口处平均温度监视器曲线
速度填充分布图
速度等值分布图
速度矢量图
压力等值分布图
出口截面温度分布图
出口截面压力分布图
出口截面速度分布图
速度水头等值分布图
(2)能量方程二阶离散化方法:
迭代过程图
温度填充分布图
(3)按温度梯度修改网格后(能量方程采用二阶离散化方法):
基于单元的温度分布
温度梯度
温度梯度较高处
需细化的单元
改进后网格图
迭代
改进后温度填充分布
改进后温度填充分布
(4)修改热水进口流速数据后(能量方程采用一阶离散化方法):
温度分布图
压力分布图
速度大小分布图
速度矢量图
2、轴承盖
#初始及边界条件:
壁面类型
法兰壁面
内孔壁面
内腔壁面
外腔壁面
边界类型
绝热边界
加热边界
对流边界
对流边界
原始数据
0W/m²
400kW/m²
150W/m²·k
50W/m²·k
更改数据
0W/m²
510kW/m²
150W/m²·k
50W/m²·k
(1)原始数据:
温度分布图
(2)修改热流量数据后:
温度分布图
四、数据分析
1、混合器
(1)不同离散化方法对比:
对比采用一阶及二阶离散化方法的求解结果,发现一阶离散化方法的计算结果收敛性不理想,数据会发生上下波动,而二阶离散化方法重新计算后求解精度明显改善。
(2)是否采用自适应性网格修改对比:
对比是否采用自适应性网格修改的求解结果,发现在以温度梯度为基点改善网格后,混合器内流动与热交换计算得到进一步改善,在温度梯度较大处将展示更多细节数据,同时计算结果的发散性也变得更小。
(3)不同初始条件对比:
对比不同热水进口速度的温度分布图,发现混合器下部的温度在修改后明显升高,平均温度线有较大右移,整个混合器内低温区域仅缩小至右上及右下两个小区域处;对比压力和速度分布图,发现混合器内整体压力和速度分布情况变化不大,只有热水进口处及混合出口处由于初始条件改变而发生速度突变,导致压力出现降低,临近位置的压力及速度虽然有所变化但总体分布大致相似。
2、轴承盖
不同初始条件对比:
对比不同进口热流量的轴承盖温度分布图后,可以看到在轴承盖周向的壁面上温度较低,靠近轴承中心孔位置的温度较高,而当改变了轴承内孔壁面的热流量大小时,总体的温度分布趋势没有发生较大的改变,但不同初始条件下同一位置的温度大小有所升高。
五、心得与建议
1、心得体会
这次的计算传热上机实践对于计算传热学课程学习是非常好的促进,比起较为枯燥的理论学习,对于上机的各类软件,我们的兴趣更大。
相信课设一开始,大家都一样毫无头绪,原以为去到机房会有学长跟我们讲解软件的使用,后面才发现原来这些都要我们自学。
还好有唐老师提供的详细教程步骤,我们学起来也挺容易的。
而且这次的课设题目都比较简单,混合器的建模肯定难不倒谁,相对复杂的轴承盖模型则是直接做好了的,要说难点,可能都在软件的操作语言上了。
考研英语级别的我在fluent设置里还是有很多选项不认识,旁边还在考六级的同学则连各种错误提示都看不懂,比如在求解轴承盖数据时,他却开着2D的fluent,导了半天数据还在怀疑是自己的网格问题。
虽然建模容易,但是到了fluent求解,各种条件的设置可让我们都摸不着头脑了,不过也可能自己传热和流体力学没学好吧。
到了结果显示的时候,看着一幅幅五颜六色的分布图,成就感一下就来了,不过更大的感受是惊奇,居然能有这样神奇的物理模拟软件,让我们几乎不计成本,无需任何实际设备就可以得到这么多宝贵的实验数据。
这也让我们对fluent这个软件充满了兴趣,我还自行设计了好几个不同模型及不同条件在fluent中模拟计算。
一开始只是把这当成任务,而现在变成了探索!
所以无论是对于以后的工作,又或者只是在朋友圈装个逼炫耀,掌握fluent都是非常必要的,相信这次课设一定给大家都流下了深刻印象。
2、建议
(1)其实现在很多同学在大一大二就已经买好了笔记本,完全可以在课堂上结合软件进行讲解,助于我们深入理解;
(2)关于fluent很多设置大家都不是很懂,只是跟着教程走,却不知道设置的是什么,物理意义是什么,希望老师能先在课堂上稍微提及一下。
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