基于FLUENT的炮弹三维流场数值模拟毕业设计说明书
某火炮炮口流场计算机仿真毕业设计说明书-2
2 炮口制退器与炮口流场概述2.1 炮口制退器上一章中提到炮口装置将改变炮口气流的方向与能量的分配,下面将更为详细的讨论炮口制退器的原理与其结构特点。
炮口制退器的工作原理就是使火药燃气通过侧壁的孔道向两侧喷射而出,从而减少从前方喷出的气体量,可以以减小后座部分的冲量,从而减小后座动能。
同时冲击侧挡板,从侧挡板喷射而出的火药气体将对身管有一个向前的力,这将使身管产生一个向前的运动趋势,与弹丸出膛后的后座运动相互抵消一部分,减小了后座部分的能量。
图2.1 炮口制退器原理图常见的火炮炮口制退器结构形式可以分为以下三类:(1)冲击式或开腔式炮口制退器这种类型炮口制退器结构特点是腔室直径较大(一般不小于2倍口径),两侧具有大面积侧孔,前方带有一定角度的反侧挡板。
例如,某85J炮口制退器(图2.2)。
在相同重量的条件下,冲击式炮口制退器的效率一般高于其他结构形式的效率。
图2.2冲击式炮口制退器图(2)反作用式炮口制退器这种炮口制退器腔室直径较小(一般不超过1.3倍口径),没有或只有很小的前反射挡板,侧孔多排分布。
火药燃气进入这种结构的的炮口制退器后有一部分气体从侧孔流出,起速度方向可由侧孔角度控制。
这种制退器多用于带尾翼的滑膛炮,以保证弹丸的尾翼在离开炮口制退器前不张开。
图2.3反作用式炮口制退器(3)冲击反作用式炮口制退器这种炮口制退器具有较大直径的内腔(大于1.3倍口径)和分散的条形或圆形侧孔。
这种制退器结合了冲击式和反作用式两类炮口制退器的优点,地面火炮中,安装的炮口制退器多数为冲击反作用式。
图2.4冲击反作用式炮口制退器2.2 膛口流场膛口流场是由从膛内高速流出的前膨胀波非定长射流与在膛口外的空气相互作用而形成的。
这种过程除了发生涡流及激波等现象外,燃气与空气中氧还要再次作用而发生爆燃,这就是二次焰[9]。
膛口流场可分为初始流场和主流场。
下图(图2.5)为炮口流场示意图。
图2.5 炮口流场示意图2.2.1不带膛口装置的炮口流场(1) 初始流场初始流畅是指弹头未出膛口前,火药气体流场尚未形成的膛口流场。
基于FLUENT的波浪数值仿真及其对出水物体的作用研究
基于FLUENT的波浪数值仿真及其对出水物体的作用研究姜涛裴金亮唐岱能源学院指导教师:陈浮一、课题研究目的物体出水运动是一个涉及气液两相问题的三维非定常过程。
在这一过程中,物体的边界条件发生剧烈变化,同时波浪的存在,对物体边界流场的压力、流线分布也起到十分重要的影响。
因此,分析波浪力对于研究水面运动体和出水物体所受应力十分关键。
目前解决该问题的研究手段主要有物理模型实验与数值模拟等。
物理模型实验主要是通过在波浪水槽中进行的实验来研究波浪,采用PIV实验对流场进行跟踪;数值模拟则是通过建立数值模型,通过GAMBIT、FLUENT等CFD软件来进行离散计算。
数值模拟可以节约人力、物力、财力和时间,而且数值模拟可重复性好,条件易于控制,比实验更灵活,此外在海洋结构物的分析和设计中,一般来说,解析解只适用与简单几何形状或线性波浪问题,因而数值解法更有普遍意义。
如果能够对高阶非线性波进行计算模拟,那么就可以用数值波浪水槽模拟各种条件下、特别是极端波况下的波浪运动特性。
所以此项目将采取以数值计算为主,微型实验为辅助的方式开展。
项目分析结果将对解决水下导弹发射等实际工程问题起到参考借鉴作用。
二、课题背景用计算机模拟取代或部分取代海岸与海洋工程模型试验的设想近些年正逐渐成为现实.与物理模型试验相比,数值模拟不仅成本低,可以避免比尺效应,而且在工况选择以及复杂流场的分析处理等方面也具有明显的优越性.关于数值波浪水池的想法由来已久[1],其实质是构建一个数值模拟平台,在该平台上赋予通常实验室中的波浪水池所具有的功能.基于势流理论和应用边界元方法构建数值波水池的工作已有不少尝试.目前发展了以时域高阶边界元方法求解完全非线性的势流方程,例如,Kim等和Grilli等的工作.然而,结构物附近由于粘性作用而导致的各种复杂流动状况毕竟不能用势流理论来反映.此外,边界元方法在处理复杂自由水面时难免失效.自Harlow等提出MAC方法和Hirt等提出VOF方法以来,带自由表面粘性不可压缩流体运动的数值计算技术得到了迅速的发展.在此基础上构建数值波浪水槽的工作也受到了重视.Wang基于VOF方法建立了二维数值波浪水槽并应用所建立的数值波浪水槽开展了波浪对近海平台底部冲击过程的研究.最近,日本一研究小组推出了一个二维的CADMAS-SURF系统,其核心技术是VOF方法.较早将VOF方法推广到三维带自由表面粘性流体运动的是Torrey等. Wang和Su应用改进的VOF方法进行了圆柱容器内液体晃动问题的三维数模在海洋工程问题中,波浪力是作用在工程结构上的最主要的外力之一。
FLUENT算例 (3)三维圆管紊流流动状况的数值模拟分析
三维圆管紊流流动状况的数值模拟分析在工程和生活中,圆管内的流动是最常见也是最简单的一种流动,圆管流动有层流和紊流两种流动状况。
层流,即液体质点作有序的线状运动,彼此互不混掺的流动;紊流,即液体质点流动的轨迹极为紊乱,质点相互掺混、碰撞的流动。
雷诺数是判别流体流动状态的准则数。
本研究用CFD 软件来模拟研究三维圆管的紊流流动状况,主要对流速分布和压强分布作出分析。
1 物理模型三维圆管长2000mm l =,直径100mm d =。
流体介质:水,其运动粘度系数62110m /s ν-=⨯。
Inlet :流速入口,10.005m /s υ=,20.1m /s υ= Outlet :压强出口Wall :光滑壁面,无滑移2 在ICEM CFD 中建立模型2.1 首先建立三维圆管的几何模型Geometry2.2 做Blocking因为截面为圆形,故需做“O ”型网格。
2.3 划分网格mesh注意检查网格质量。
在未加密的情况下,网格质量不是很好,如下图因管流存在边界层,故需对边界进行加密,网格质量有所提升,如下图2.4 生成非结构化网格,输出fluent.msh等相关文件3 数值模拟原理紊流流动当以水流以流速20.1m /s υ=,从Inlet 方向流入圆管,可计算出雷诺数10000υdRe ν==,故圆管内流动为紊流。
假设水的粘性为常数(运动粘度系数62110m /s ν-=⨯)、不可压流体,圆管光滑,则流动的控制方程如下:①质量守恒方程:()()()0u v w t x y zρρρρ∂∂∂∂+++=∂∂∂∂ (0-1)②动量守恒方程:2()()()()()()()()()()[]u uu uv uw u u ut x y z x x y y z z u u v u w p x y z xρρρρμμμρρρ∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂+++=++∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂'''''∂∂∂∂+----∂∂∂∂ (0-2)2()()()()()()()()()()[]v vu vv vw v v v t x y z x x y y z z u v v v w px y z yρρρρμμμρρρ∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂+++=++∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂'''''∂∂∂∂+----∂∂∂∂ (0-3)2()()()()()()()()()()[]w wu wv ww w w w t x y z x x y y z z u w v w w px y z zρρρρμμμρρρ∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂+++=++∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂'''''∂∂∂∂+----∂∂∂∂ (0-4)③湍动能方程:()()()()[())][())][())]t t k k t k k k ku kv kw k k t x y z x x y yk G z zμμρρρρμμσσμμρεσ∂∂∂∂∂∂∂∂+++=+++∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂+++-∂∂ (0-5)④湍能耗散率方程:212()()()()[())][())][())]t t k k t k k u v w t x y z x x y y C G C z z k kεεμμρερερερεεεμμσσμεεεμρσ∂∂∂∂∂∂∂∂+++=+++∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂+++-∂∂ (0-6)式中,ρ为密度,u 、ν、w 是流速矢量在x 、y 和z 方向的分量,p 为流体微元体上的压强。
学习fluent (流体常识及软件计算参数设置)
luent中一些问题----(目录)1 如何入门2 CFD计算中涉及到的流体及流动的基本概念和术语理想流体(Ideal Fluid)和粘性流体(Viscous Fluid)牛顿流体(Newtonian Fluid)和非牛顿流体(non-Newtonian Fluid)可压缩流体(Compressible Fluid)和不可压缩流体(Incompressible Fluid)层流(Laminar Flow)和湍流(Turbulent Flow)定常流动(Steady Flow)和非定常流动(Unsteady Flow)亚音速流动(Subsonic)与超音速流动(Supersonic)热传导(Heat Transfer)及扩散(Diffusion)3 在数值模拟过程中,离散化的目的是什么如何对计算区域进行离散化离散化时通常使用哪些网格如何对控制方程进行离散离散化常用的方法有哪些它们有什么不同离散化的目的计算区域的离散及通常使用的网格控制方程的离散及其方法各种离散化方法的区别4 常见离散格式的性能的对比(稳定性、精度和经济性)5 流场数值计算的目的是什么主要方法有哪些其基本思路是什么各自的适用范围是什么6 可压缩流动和不可压缩流动,在数值解法上各有何特点为何不可压缩流动在求解时反而比可压缩流动有更多的困难可压缩Euler及Navier-Stokes方程数值解不可压缩Navier-Stokes方程求解7 什么叫边界条件有何物理意义它与初始条件有什么关系8 在数值计算中,偏微分方程的双曲型方程、椭圆型方程、抛物型方程有什么区别9 在网格生成技术中,什么叫贴体坐标系什么叫网格独立解10 在GAMBIT中显示的“check”主要通过哪几种来判断其网格的质量及其在做网格时大致注意到哪些细节11 在两个面的交界线上如果出现网格间距不同的情况时,即两块网格不连续时,怎么样克服这种情况呢12 在设置GAMBIT边界层类型时需要注意的几个问题:a、没有定义的边界线如何处理b、计算域内的内部边界如何处理(2D)13 为何在划分网格后,还要指定边界类型和区域类型常用的边界类型和区域类型有哪些14 20 何为流体区域(fluid zone)和固体区域(solid zone)为什么要使用区域的概念FLUENT是怎样使用区域的15 21 如何监视FLUENT的计算结果如何判断计算是否收敛在FLUENT中收敛准则是如何定义的分析计算收敛性的各控制参数,并说明如何选择和设置这些参数解决不收敛问题通常的几个解决方法是什么16 22 什么叫松弛因子松弛因子对计算结果有什么样的影响它对计算的收敛情况又有什么样的影响17 23 在FLUENT运行过程中,经常会出现“turbulence viscous rate”超过了极限值,此时如何解决而这里的极限值指的是什么值修正后它对计算结果有何影响18 24 在FLUENT运行计算时,为什么有时候总是出现“reversed flow”其具体意义是什么有没有办法避免如果一直这样显示,它对最终的计算结果有什么样的影响26 什么叫问题的初始化在FLUENT中初始化的方法对计算结果有什么样的影响初始化中的“patch”怎么理解27 什么叫PDF方法FLUENT中模拟煤粉燃烧的方法有哪些30 FLUENT运行过程中,出现残差曲线震荡是怎么回事如何解决残差震荡的问题残差震荡对计算收敛性和计算结果有什么影响31数值模拟过程中,什么情况下出现伪扩散的情况以及对于伪扩散在数值模拟过程中如何避免32 FLUENT轮廓(contour)显示过程中,有时候标准轮廓线显示通常不能精确地显示其细节,特别是对于封闭的3D物体(如柱体),其原因是什么如何解决33 如果采用非稳态计算完毕后,如何才能更形象地显示出动态的效果图34 在FLUENT的学习过程中,通常会涉及几个压力的概念,比如压力是相对值还是绝对值参考压力有何作用如何设置和利用它35 在FLUENT结果的后处理过程中,如何将美观漂亮的定性分析的效果图和定量分析示意图插入到论文中来说明问题36 在DPM模型中,粒子轨迹能表示粒子在计算域内的行程,如何显示单一粒径粒子的轨道(如20微米的粒子)37 在FLUENT定义速度入口时,速度入口的适用范围是什么湍流参数的定义方法有哪些各自有什么不同38 在计算完成后,如何显示某一断面上的温度值如何得到速度矢量图如何得到流线39 分离式求解器和耦合式求解器的适用场合是什么分析两种求解器在计算效率与精度方面的区别43 FLUENT中常用的文件格式类型:dbs,msh,cas,dat,trn,jou,profile等有什么用处44 在计算区域内的某一个面(2D)或一个体(3D)内定义体积热源或组分质量源。
基于FLUENT的喷气织机主喷嘴内部气流场三维数值分析
第29卷第2期苏 州 大 学 学 报(工 科 版)V o l.29N o.2 2009年4月J O U R N A LO FS U Z H O UU N I V E R S I T Y(E N G I N E E R I N GS C I E N C EE D I T I O N)A p r.2009文章编号:1673-047X(2009)-02-038-05基于F L U E N T的喷气织机主喷嘴内部气流场三维数值分析郭 杰1,冯志华1,曾庭卫2(1.苏州大学机电工程学院,江苏苏州215021;2.宝时得机械(苏州)有限公司,江苏苏州215021)摘 要:采用流体动力学计算软件F L U E N T,对喷气织机主喷嘴引纬气流场进行较完整的三维数值模拟,与相关文献的实验值进行比较,结果证明了基于F L U E N T软件对喷气织机主喷嘴的气流流场进行数值分析的有效性与可行性,而且数值仿真优点较试验更全面,可解释喷嘴芯出口处的压力降低等试验难以观察的现象,为主喷嘴的设计提供了理论指导。
关键词:喷气织机;主喷嘴;F L U E N T;三维数值模拟中图分类号:T S103.33+7;0358 文献标识码:A0 引 言计算流体力学(C o m p u t a t i o n a l F l u i d D y n a m i c s,C F D)技术的发展为喷气织机主喷嘴的多维理论研究带来新思路和新方法。
传统喷气织机主喷嘴的分析以实验为基础,分析的周期较长,试验的费用较高。
随着计算机内存和并行技术的发展,数值模拟开始更为广泛地应用于节流装置的设计和流场分析中[1]。
C F D是一种有效地研究流体动力学的数值模拟方法,它大大减少了试验费用、时间。
近年来,C F D越来越多地应用于流体设备的设计和流场的分析中,在计算机上完成一次完整的计算及分析,就相当于在计算机上做一次物理实验,数值模拟可以形象地再现流动情景[2]。
122mm榴弹炮毕业设计
中北大学毕业设计开题报告学生姓名:靳桂斌学号:0701044404 学院、系:机电工程学院动力机械系专业:武器系统与发射工程设计题目:122mm火炮炮口流场计算机仿真指导教师:郝秀平(副教授)2011年 3 月 7 日毕业设计开题报告1.结合毕业设计情况,根据所查阅的文献资料,撰写2000字左右的文献综述:文献综述1.1 Fluent介绍Fluent是用于计算流体流动和传热问题的程序,含有多种传热燃烧模型以及多相流模型,可应用于从可压到不可压、从低速到高超音速、从单相流到多相流、化学反应、燃烧、气固混合等几乎所有与流体相关的领域,是目前国际上比较流行的商用CFD(计算流体力学)软件 [1]。
Fluent 在国防、航空航天、机器制造、汽车、船泊、兵器、电子、铁道、石油天然气、材料工程等方面都有着广泛的应用。
采用基于完全非结构化网格的有限体积法,而且具有基于网格节点和网格单元的梯度算法,定常/非定常流动模拟;软件中的动/变形网格技术主要解决边界运动的问题,用户只需指定初始网格和运动壁面的边界条件,余下的网格变化完全由解算器自动生成[2]。
FLUENT软件包含三种算法:非耦合隐式算法、耦合显式算法、耦合隐式算法,以及丰富而先进的物理模型,使得用户能够精确地模拟无粘流、层流、湍流。
另外用户还可以定制或添加自己的湍流模型。
从用户需求角度出发,针对各种复杂流动的物理现象,Fluent 软件采用不同的离散格式和数值方法,开发了适用于各个领域的流动模拟软件,软件之间采用了统一的网络生成技术及共同的图形界面,而各软件之间的区别仅在于应用的背景不同,因此大大方便了用户。
对每一种物理问题的流动特点,有适合它的数值解法,用户可对显式或隐式差分格式进行选择,以期在计算速度、稳定性和精度等方面达到最佳 [3]。
将不同领域的计算软件组合起来成为CFD计算机软件群,软件之间可以方便地进行数值交换,并采用统一的前、后处理工具,这就省却了科研工作者在计算方法、编程、前后处理等方面投入的重复、低效的劳动,而可以将主要精力和智慧用于物理问题本身的探索上 [4]。
基于Fluent的螺旋槽上游泵送机械密封三维微间隙流场数值模拟
Num e ia i u a i n o - Flw n Upsr a m p n rc lS m l to f3 D o i t e m Pu ig M e h n c lS as wih S r lGr o e s d o u nt c a ia e l t pia o v sBa e n Fl e
C e uo g Wa gQa g L We y Z a gJ a ja h nH in l n in i n u h n u n n u
( col f nr n o e nier gJ ns n esyZ ej n i gu2 2 1 , h a Sho o e yadPw r g e n , aguU i rt,hn agJ ns 10 3 C i ) E g E n i i v i i a n
基 于 Fun 的螺 旋 槽 上 游 泵送 机械 密 封 三 维微 间隙流 场 数值 模 拟 let
陈汇龙 王 强 李雯瑜 张娟娟
(江苏大学能源与动力工程学 院
江苏镇江 22 1 ) 10 3
摘 要 :密 封端 面微 间隙 液膜 特 性是 上 游 泵送 机 械 密封 性 能 研 究 的 关键 。采 用 PoE wl r 件 建 立 参 数 化 螺 旋 槽 r/ i fe软 d i
Ab ta tTh h rce si fmir -a ud fl b t e e lfc s i t e k y t e e r h t e p r r n e o p sr c : e c aa tr t o co g p f i m ewe n s a a e s h e o rs ac h e o ma c fu — i c l i f
流体仿真实验说明书
Fluent流体仿真实验说明书1、利用Gambit建立计算模型1.1问题描述问题:气流组织的模拟,分析人体的舒适度。
所模拟的置换通风房间如图 1 所示,房间几何尺寸为:长×宽×高=4 m×4 m×4 m。
房间地板中部立有一简化人体模型,几何尺寸为:长×宽×高=0.2 m×0.2 m×1.8 m 。
送风口几何尺寸为:长×宽=3 m×0.2 m 。
排风口几何尺寸为:长×宽=0.6 m×0.3 m。
送风口位于左墙中部,风口顶边距天花板0.l m,送风温度30 ℃,送风速度0.25 m/s;排风口位于右墙中部,风口底边距地面0.l m 处;人体热流密度为43 W/m2。
1.2模型建立:简要描述步骤第一步:启动Gambit并选择Fluent5作为进行CFD计算的求解器。
第二步:生成一个立方体生成一个4m*4m*4m的立方体操作:Geometry->V olume->Create real brick 在Width, Depth, Height栏里分别填上4,4,4,在Direction右边的centerd选+x,+y,+z,生成一个立方体第三步:生成两个风口和一个简化人体模型1.生成送风口,尺寸为3m*0.2m(1)生成一个面操作:Geometry->Face->Create real Rectangular Face 在Width,Height里分别填上0.2,3,在坐标栏Direction右边的centered选+y,+z(2)移动这个面操作:Geometry->Face->Move/Copy Faces 在图中用左键+shift选取要移动的面,输入y,z 移动数据3.7,0.5。
2.生成排风口,尺寸为0.6m*0.3m(1)生成一个面操作:Geometry->Face->Create real Rectangular Face 在Width,Height里分别填上0.3,0.6,在坐标栏Direction右边的centered选+y,+z(2)移动这个面操作:Geometry->Face->Move/Copy Faces 在图中用左键+shift选取要移动的面,输入x,y,z移动数据4,0.1,1.7。
某火炮炮口流场计算机仿真毕业设计说明书-1
1 绪论1.1课题研究的背景和意义火炮的历史可以追溯很久以前,早在春秋时期,中国已使用一种抛射机。
公元10世纪火药开始用于军事后,这种抛石机便用来抛射火药包、火药弹。
我国宋代就出现了以竹为筒的管形喷射火器——火枪;13世纪50年代,又出现了竹制管形射击火器——突火枪。
这种身管射击火器的出现,对近代火炮的产生具有重要意义。
火药、火器在13世纪通过丝绸之路由我国传到西方,在欧洲开始发展14世纪上半叶,欧洲开始制造出发射石弹的火炮。
19世纪末叶,炮身通过耳轴与炮架相连接,这种火炮的炮架称为刚性炮架。
刚性炮架在火炮发射时受力大,火炮笨重,机动性差,发射时破坏瞄准,发射速度慢,威力提高受到限制。
19世纪末期出现了反后坐装置,炮身通过它与炮架相连接,这种火炮的炮架称为弹性炮架。
1897年,法国制造了装有反后坐装置(水压气体式驻退复进讥)的75毫米野炮,后为各国所仿效。
弹性炮架火炮发时时,因反后坐装置的缓冲,作用在炮架上的力大为减小,火炮重量得以减轻,发射时火炮不致移位,发射速度得到提高。
但随着火炮威力的不断加大机动性和威力这一对矛盾再次突显出来,炮口制退器在解决这一矛盾中起到了重要的作用,同时被应用到世界各国的各种大威力火炮上,甚至舰炮也有使用炮口制退器的例子。
可以说炮口制退器是火炮武器的最重要的部件之一,火炮技术的发展与炮口制退器技术的发展密切相关[1]。
这是火炮发展史上的一个重大突破。
在后效期内火炮对膛底和弹丸同时作用,继续推动弹丸的向前运动,是弹丸在这一时期内仍在加速运动;对膛底的作用使炮身发生后座运动。
较大的后座能量对武器设计带来很多不利因素,如使武器振动、跳动等这些都要恶化武器的射击精度。
膛口喷出火药气体时,产生的光、声和热对于射手以及火炮附件都有不利的影响[2]。
炮口制退器的出现对于这些不利因素起到了一定的缓解作用。
炮口制退器的作用原理就是控制后效期火药气体流量分配、气流方向和气流速度[3]。
正式由于炮口装置改变了火药气流的状态,对膛口流场的研究具有了更大的意义。
FLUENT软件模拟管壳式换热器壳程三维流场
FL UENT 软件模拟管壳式换热器壳程三维流场刘利平 3黄万年(郑州大学化工学院摘要 -, , T 软件进行了三维数、温度场和压力场 , , 。
管壳式换热器数值模拟 FLU EN T 多孔介质分布阻力模型0前言数值模拟是换热器研究的一种重要手段。
应用计算流体力学模拟管壳式换热器无相变壳程流场 , 由 Patankar 与 Spalding 在 1974年最早提出 [1]。
但由于受到当时计算机与计算流体力学的条件限制 , 研究进展缓慢。
20世纪 80年代 , 由于核电厂换热设备的大型化、高参数化发展 , 促进了换热器数值模拟研究的开展 [2, 3]。
关于国内外的换热器数值模拟研究 , 采用二维研究的较多 , 而在三维研究方面 , 又通常采用自己编程的方法 [4, 5]。
利用 FLU EN T 软件 , 模拟管壳式换热器壳程三维流场 , 本文进行了有益的探索。
FLU EN T 是世界领先、应用广泛的 CFD 软件 , 用于计算流体流动和传热问题。
FLU 2 EN T 软件是基于 CFD 软件群的思想 , 从用户需求的角度出发 , 针对各种复杂流动的物理现象 , 采用不同的离散格式和数值方法 , 使得特定领域内的计算速度、稳定性和精度等达到最佳组合 , 从而高效率地解决各个领域的复杂流动计算问题。
1模拟模型111计算模型管壳式换热器壳程流场数值计算 , 采用了多孔介质与分布阻力模型。
由于换热器壳程结构复杂以及流动形态多样化 , 使得影响流体流动和传热的因素多 , 相对于管程而言 , 壳程流体的数值模拟复杂 , 特别是具有复杂折流板结构的情况 , 更为如此。
对于普通折流板换热器 , 壳程流体时而垂直于管束 , 时而平行于管束 ,还有一部分流体从折流板与管子之间的间隙中泄漏 , 同时管内流体与管外流体的热交换耦合在一起 , 因此进行管壳式换热器壳程流场的数值模拟 , 需要采用多孔介质与分布阻力模型来简化计算。
基于FLUENT的弹丸外流场数值仿真
第1 9卷 第 l期 21 0 0年 3月
计 算 机 辅 助 工 程
Co u e d d En ie rn mp tr Ai e gn e g i
V0. 9 N . 1 1 o 1
M a .2Ol r O
文章编号 :0 6—0 7 (0 0 0 .0 20 10 8 12 1 ) 10 9 .3
提下得到最优的设计 方案.2 _ 该方法设计周期 长、
效 费 比低 的缺点 已 不能 适应 现 代 武 器设 计 的要求 .
数值仿真在一定程度上可以代替风洞试验 , 并且可
以模 拟风洞试 验无 法 模 拟 的条 件 , 供 多 种计 算模 提 型可用 于模拟 不可 压 或 可压 流 动 、 常状 态 或 者过 定 渡分 析 、 无黏 、 层流 和湍 流 等 tet teut. o ts es l ade et e ods nte eoy a c rfe f r ete s ga - i s rsl S ai e n f c v ei rd nmi po l o o c l ui n h h e s ii f b f i t g ha i p j i n
me ia i lto t o n h i lto e u t a o i e s me r fr nc sfrt e d sg ou in. re smu ain meh d a d t e smu ai n r s lsc n prv d o ee e e h e in s l to l o
基于FLUENT的弹丸外流场数值仿真
基于FLUENT的弹丸外流场数值仿真作者:王晓兵李菁廖忠全王维保来源:《计算机辅助工程》2010年第01期摘要:为优化弹丸结构设计,用FLUENT Gambit建立某弹丸外流场数值仿真模型并生成网格,通过FLUENT对弹丸外流场进行数值仿真以获取相关的气动力参数. 用仿真结果进行的稳定性分析和射程估算结果与试验结果基本一致,说明采用数值仿真方法设计弹丸气动外形有效可行,仿真结果可为方案设计提供参考.关键词:弹丸; 气动力分析; 外流场; 稳定性; FLUENT中图分类号:TJ410.3;TB115文献标志码Numerical simulation on outer flow field ofprojectile based on FLUENTWANG Xiaobing, LI Jing, LIAO Zhongquan, WANG Weibao(Anhui Shenjian Sci. & Tech. Co., Ltd., Hefei 230022, China)Abstract: To optimize projectile structure design, FLUENT Gambit is used to establish a numerical simulation model for the outer flow field of a projectile, the mesh of the model is built, and the numerical simulation is performed by FLUENT on the outer flow field of the projectile to obtain the aerodynamic parameters. The stability and the estimated shot range obtained by the simulation results are in good agreement with the test results. So it is feasible and effective to design the aerodynamic profile of projectile using numerical simulation method and the simulation results can provide some references for the design solution.Key words: projectile; aerodynamic analysis; outer flow field; stability; FLUENT 收稿日期:2009-09-10 修回日期:2009-10-21作者简介: 王晓兵(1972—),男,安徽岳西人,工程师,研究方向为弹丸总体设计,(E-mail)sjkj_wxb@0 引言气动力外形设计的优劣直接影响弹丸的射程、飞行稳定性及其作战效能.[1]传统气动力外形设计方法在对不同设计方案进行风洞试验综合分析的前提下得到最优的设计方案.[2]该方法设计周期长、效费比低的缺点已不能适应现代武器设计的要求.数值仿真在一定程度上可以代替风洞试验,并且可以模拟风洞试验无法模拟的条件,提供多种计算模型可用于模拟不可压或可压流动、定常状态或者过渡分析、无黏、层流和湍流等情况,具有极强的流场仿真分析能力,可用于进行气动力设计及气动特性参数计算.[3]本文采用FLUENT对某型弹丸进行外流场数值仿真,并系统分析仿真结果,分析表明仿真结果能充分体现弹体流场特征,并与试验结果基本一致,从而验证数值仿真方法是进行弹丸气动力外形设计的1种高效可行的方法.1 仿真分析1.1 模型建立及网格生成由于弹丸模型相对简单,故在三维建模软件中将该弹丸模型建成整体模型(见图1)并以FLUENT自带的前处理模块Gambit可以导入的格式保存.模型导入Gambit后先进行计算域设置,由于是外流场分析,弹丸可被近似成长圆柱物体,故计算域建成长圆柱体,长度与直径分别为弹丸全长及弹丸直径的9倍,弹丸置于计算域中部,为减少计算量将计算域设成1/2对称计算域;然后进行网格划分设置,并网格细化尾翼等小面部分(见图2)[4],生成非结构网格.网格生成后设置边界条件.。
基于Fluent仿真的防暴弹弹道系数解算
基于Fluent仿真的防暴弹弹道系数解算作者:董旭丹来源:《科技视界》2015年第06期【摘要】本文提出一种防暴弹丸的弹道系数仿真解算方法,利用Fluent空气动力学仿真软件,对低速防暴弹丸飞行时受力及空气运动情况进行数值模拟仿真,选取S-A单方程模型,采用密度基求解器仿真计算出弹丸的阻力系数,进一步推算出防暴弹丸的弹道系数。
【关键词】数值模拟;弹道系数;Fluent;解算Ballistic Coefficient Solution of Anti-riot Projectile Based on Fluent SimulationDONG Xu-dan(Equipment Engineering Institute, Engineering University of CAPF,Xi’an Shaanxi 710086, China)【Abstract】This paper introduces a new method of calculating ballistic coefficient by aerodynamic simulation. with Fluent software,make a numerical simulation for the air resistance and the movement of air, select S-A single equation model, calculate the drag coefficient of projectile by Coupled Solver, and further calculate the ballistic coefficient of anti-riot projectile.【Key words】Numerical simulation;Ballistic coefficient;Fluent;Solution0 引言弹道系数就是弹丸自身参数,它是弹头结构特征量对弹丸空气阻力加速度影响的综合系数。
基于FLUENT的炮弹三维流场数值模拟毕业设计说明书
毕业设计说明书基于FLUENT 的炮弹三维流场数值模拟学生姓名: 学号: 学 院:专指导教师:2011年 6月徐 吉 0701064330 机电工程学院 弹药工程与爆炸技术基于FLUENT的炮弹三维流场数值模拟摘要:本文主要介绍了用计算流体力学理论研究炮弹气动特性的方法,并运用流体动力学软件FLUENT对155榴弹三维流场进行了数值模拟,考察了在0攻角及马赫数为1.4时榴弹周围空气场的压力和速度分布。
具体步骤分为三部分:第一部分用GAMBIT 软件建立炮弹流场模拟的几何模型并对模型进行网格划分;第二部分运用FLUENT软件对已划分好网格的模型进行分析计算;第三部分分析计算结果,并得出结论,其符合空气动力学规律。
关键词:炮弹,空气动力学,三维流场,155榴弹,建模,仿真Numerical Simulation of the Three-dimensional Flow Field aroundShrapnel base on FLUENTAbstract:This paper describes the method that uses Computational Fluid Dynamics to research the aerodynamic characteristics of artillery shells, and uses FLUENT to simulation the external flow around a 155-caliber shrapnel, studying the pressure ,velocity around the shrapnel at the 0 angle of attack and Mach 1.4. The step is mainly divided into three parts, firstly using the software of GAMBIT to build the geometrical model and griding on the model. Secondly the calculation is carried on the model which is the mesh already divided well by using FLUENT. Thirdly analyzing the results of the caculation and they all conform the aerodynamic laws.Keywords: shells, aerodynamics, three-dimensional flow field, 155-caliber shrapnel, modeling, simulation目录摘要 .................................................. 错误!未定义书签。
基于FLUENT软件和内弹道模型双向耦合的超高射频火炮发射过程模拟
基于FLUENT软件和内弹道模型双向耦合的超高射频火炮发射过程模拟罗乔;张小兵【摘要】弹头阻力计算的准确性直接决定了超高射频火炮内弹道数值模拟的准确性.为了提高超高射频火炮内弹道过程数值模拟的准确性,利用二次开发工具UDF 将FLUENT软件和经典内弹道(CIB)模型双向耦合计算超高射频火炮弹前流场,得到了超高射频火炮发射过程中第2发弹丸的弹头阻力,分析了不同射击频率下弹头阻力的变化规律.结果表明:FLUENT-CIB模型双向耦合计算能够得到弹前身管内火药气体各个时刻的流场分布,提高了弹头阻力计算的准确性;弹头阻力在弹丸启动后很快由减小变成增大,增大到某个极大值后又逐渐减小,直到弹丸出炮口,这个变化规律在不同射击频率下普遍存在;射频降低,在弹丸运动前期弹头阻力增幅减小,在弹丸运动后期弹头阻力降幅也减小.【期刊名称】《兵工学报》【年(卷),期】2016(037)010【总页数】7页(P1949-1955)【关键词】兵器科学与技术;内弹道;超高射频火炮;数值模拟;FLUENT;双向耦合【作者】罗乔;张小兵【作者单位】南京理工大学能源与动力工程学院,江苏南京210094;南京理工大学能源与动力工程学院,江苏南京210094【正文语种】中文【中图分类】TJ012.1超高射频火炮是一种采用全新发射技术的身管武器,如图1所示,其身管内多发弹药串联预装填,在电子点火系统的精确控制下能够以超过10 000发/min的射击频率依次发射。
在如此高的射击频率下,前一发弹丸离开炮口后,身管内火药气体还未排空,后一发弹丸就已经开始点火,等到膛内火药燃烧产生的气体作用在弹底的压力与弹丸头部气体阻力的差值超过弹丸启动压力后,后发弹丸才开始运动,并且后发弹丸在身管内的整个运动过程中都与弹前火药气体紧密耦合,相互影响。
因此在超高射频火炮内弹道过程数值模拟研究中,弹头阻力计算的准确性是特别重要的,直接决定了整个超高射频火炮内弹道数值模拟的准确性。
FLUENT软件模拟管壳式换热器壳程三维流场
3 邓 琳, 女, 1974 年 9 月生, 助理工程师。 大连市, 116600。
结果与实际情况相符, 说明计算模型合适。 本 文利用 FLU EN T 软件进行的换热器壳程流场 三维数值模拟, 是对换热器数值研究的有益探 索。
参 考 文 献
1 Patankar S V , Sp ald ing D B. H eat exchanger design the2 o ry sou rce book. M CGRAW - H ILL Book Com p any, N ew Yo rk, 1974.
(收稿日期: 2005210220)
刘利平3 黄万年
(郑州大学化工学院)
摘 要 基于各向异性多孔介质与分布阻力模型、 修正 k - Ε模型和壁面函数法, 对普通管壳式换热器壳程流体的流动与传热, 利用 FLU EN T 软件进行了三维数 值模拟。计算了不同流体初速下, 管壳式换热器壳程的速度场、温度场和压力场, 计算结果与实际情况相符, 得到了有参考价值的结论。
图 6 流线图
(6) X Y 曲线 以初速为 10m s 进行计算, 分析管壳式换热器内流体压力的分布, 绘制 X Y 曲线。取 0102, - 012) , 构成的曲线变化如图 7 所 示。
图 7 压力分布图 (X Y 曲线)
取值 800 6 25
参数 换热管长度 mm 壳程进出口接管直径 mm 换热管直径 mm
取值 4000 300 57
113 GAM B IT 网格模型 (1) 确定求解器 选择用于进行 CFD 计 算的求解器, 为 F luen t F luen t5。 (2) 创建换热器模型及划分网格 利用 GAM B IT 创建管壳式换热器的网格模型[7], 即 根据表 1 的几何参数绘制出换热器几何体, 并 在 GAM B IT 中创建三维物理模型, 划分网格 的间距为 1mm。 (3) 定义边界类型 在此模型中的边界 类型有四种: 进口 (in let)、出口 (ou tlet)、管壁 (gw a ll) 以及壳壁 (qw a ll)。 (4) 输出网格文件 选择 F ile Expo rt M esh, 输入文件的路径和名称。 (5) 流体的物理参数 壳程介质为水。常 压; 流体初速分别取 0m s、 3m s、 5m s 及 10m s; 流体进口温度 360K, 流体出口温度 320K; 管壁温度 300K。 114 求解模型 (1) 建立求解模型 利用 F luen t 软件进行 数值模拟。求解的条件采用 Seg rega ted (非耦合 求解法)、 Im p licit (隐式算法)、3D (三维空间)、 Steady (定常流动)、A b so lu te (绝对速度)。 (2) 设置标准 k - Ε湍流模型 采用 k - Ε
基于Fluent的末制导炮弹初始段气动仿真[1]
系数、 俯仰力矩系数变化曲线与实验所得基本一致。 通过以上图表的对比,可以看出仿真所得结果 偏大,分析后可知主要原因有以下方面: 1) 网格划分误差。划分网格过程中,网格模型 的弹体表面由网格面拼接而成, 造成拼接面不光滑, 从而引起附加的阻力、升力等,导致计算结果偏大。
庞英良,等:基于 Fluent 的末制导炮弹初始段气动仿真 这种误差可认为属于计算的系统误差,根据实验数 据进行修正后可以予以消除。
α=0 0.6 0.5
CY
马赫数 试验俯仰力矩系数 M zg 仿真俯仰力矩系数 M zg 相对误差 /% 0.50 0.0250 0.0259 3.60 0.70 0.0232 0.0241 3.88 0.90 0.0184 0.0192 4.35 1.00 0.0216 0.0209 3.24 1.10 0.0251 0.0260 3.59 1.20 0.0220 0.0211 4.09 1.53 0.0252 0.0261 3.57 1.79 0.0293 0.0303 3.41
试验俯仰力矩系数曲线 仿真俯仰力矩系数曲线
0.028
CY
0.35 0.3 0.25 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 M 2.2
0.04
MZg
0.6 0.8 1 1.2 M 1.4 1.6 1.8 2
0.026 0.024 0.022 0.02 0.018 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 M 1.6 1.8 2
表2 全弹模型实验升力与仿真升力系数对比(攻角 α=1°)
试验升力系数 C y 仿真升力系数 C y 相对误差( %) 0.0342 0.0351 2.63 0.0356 0.0370 3.93 0.0423 0.0431 1.89 0.0379 0.0388 2.58 0.0383 0.0392 2.35 0.0368 0.0356 3.26 0.0371 0.0379 2.16 0.0386 0.0394 2.07 马赫数 0.50 0.70 0.90 1.00 1.10 1.20 1.53 1.79
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
毕业设计说明书基于FLUENT 的炮弹三维流场数值模拟学生姓名: 学号: 学 院:专指导教师:2011年 6月机电工程学院 弹药工程与爆炸技术基于FLUENT的炮弹三维流场数值模拟摘要:本文主要介绍了用计算流体力学理论研究炮弹气动特性的方法,并运用流体动力学软件FLUENT对155榴弹三维流场进行了数值模拟,考察了在0攻角及马赫数为1.4时榴弹周围空气场的压力和速度分布。
具体步骤分为三部分:第一部分用GAMBIT 软件建立炮弹流场模拟的几何模型并对模型进行网格划分;第二部分运用FLUENT软件对已划分好网格的模型进行分析计算;第三部分分析计算结果,并得出结论,其符合空气动力学规律。
关键词:炮弹,空气动力学,三维流场,155榴弹,建模,仿真Numerical Simulation of the Three-dimensional Flow Field aroundShrapnel base on FLUENTAbstract:This paper describes the method that uses Computational Fluid Dynamics to research the aerodynamic characteristics of artillery shells, and uses FLUENT to simulation the external flow around a 155-caliber shrapnel, studying the pressure ,velocity around the shrapnel at the 0 angle of attack and Mach 1.4. The step is mainly divided into three parts, firstly using the software of GAMBIT to build the geometrical model and griding on the model. Secondly the calculation is carried on the model which is the mesh already divided well by using FLUENT. Thirdly analyzing the results of the caculation and they all conform the aerodynamic laws.Keywords: shells, aerodynamics, three-dimensional flow field, 155-caliber shrapnel, modeling, simulation目录摘要 .................................................. 错误!未定义书签。
ABSTRACT . (II)1 绪论 (1)1.1本课题研究的意义 (1)1.2本课题国内外研究概况 (1)1.3本文主要工作 (4)2 计算流体动力学简介 (5)2.1计算流体动力学概述 (5)2.2计算流体动力学的工作步骤 (6)2.3计算流体动力学特点 (6)2.4计算流体动力学的应用领域 (7)2.5计算流体动力学的分支 (8)2.6CFD的求解过程 (9)2.7CFD软件结构 (9)2.8常用的CFD商用软件 (11)2.8.1 PHOENICS (11)2.8.2 STAR.CD (12)2.8.3 CFX (12)2.8.4 FIDAP (12)2.8.5 POLYFLOW (13)2.8.6 MIXSIM (13)2.8.7 FLUENT (13)3 几何模型的建立 (14)3.1模型概述 (14)3.1.1 155榴弹模型参数 (14)3.1.2 计算模型 (14)3.1.3 数学模型 (15)3.2GAMBIT软件简介 (17)3.2.1 GAMBIT的特点 (17)3.2.2 GAMBIT的操作步骤 (18)3.3模型建立步骤 (18)3.3.1 利用GAMBIT建立计算模型 (18)3.3.2 利用GAMBIT对计算区域划分网格 (30)3.3.3 利用GAMBIT设置边界类型 (34)3.3.4 输出网格并保存会话 (36)4 利用FLUENT进行仿真计算 (37)4.1FLUENT软件简介 (37)4.1.1 FLUENT程序包的基本构成 (37)4.1.2 FLUENT程序的运用领域 (38)4.1.3 用FLUENT程序求解问题的步骤 (38)4.2利用FLUENT3D求解器进行求解 (39)5 计算结果的后处理及结果分析 (53)5.1计算结果的后处理 (53)5.2结果分析 (64)6 结束语 (66)参考文献 (67)致谢 (69)1 绪论1.1 本课题研究的意义在现代战场上,榴弹炮仍是火力骨干,它面对着地面和空中的多种目标,需要完成各种射击任务。
积极研究榴弹的有关技术、提高榴弹的各种性能,特别是提高榴弹的射程、精度和威力,改善勤务处理及提高存贮性能等,都是非常重要的。
这其中火炮的射程是衡量火炮威力的重要参数之一,世界各国的军事技术部门都在研究增大火炮射程的方法。
增大火炮射程的方法一直是弹道学家、空气动力学家及兵器设计专家研究的重要课题。
他们从不同角度,对增大火炮射程的方法进行了多方面研究。
从外弹道学的角度考虑,增大火炮射程可以从两方面入手:一是外部增大弹丸动能或提高弹丸速度;二是增大弹丸的断面比重。
具体而言,增大火炮射程的方法可以分为以下四种:一、提高初速法;二、火箭助推法;三、减小弹道系数法;四、复合增程法[1,2,6]。
在众多的方法中,选择最合理有效的方法及对弹丸外形的优化设计就显得尤为重要,因此,我们以FLUENT仿真软件为手段,对炮弹的三维流场进行数值模拟,分析其流动现象,揭示其流动规律,研究其空气动力学特性,从而为炮弹的设计及优化提供理论依据[15,17]。
目前国内的主要榴弹生产厂家,在一种榴弹弹丸设计(包括方案设计、参数设计、结构设计、强度设计)完成以后,检验它是否满足技战术指标的手段还相对落后,大部分还是进行实弹打靶试验。
如果打靶试验结果不符合技战术指标,就必须改进弹丸设计,再进行打靶试验。
如此反复,直到打靶试验结果满足技战术指标。
每进行一次实弹打靶试验,其成本都不低于10万元人民币,而设计一种榴弹从弹丸设计到符合技战术指标这一过程不是二个、三个反复就能完成的。
所以如果能够采取FLUENT软件仿真来代替实体实验,减少实弹打靶试验的次数,就能够为国家、企业节约大量的经费,并缩短研制周期。
本课题正是基于这样一种目的展开的[16]。
1.2 本课题国内外研究概况在155毫米榴弹炮方面,国产第一代155毫米自行加榴炮是众所周知的PLZ-45。
PLZ-45式火炮是上世纪80年代后期作为外贸装备开始研制。
它采用了45倍口径155毫米长身管火炮,该炮在总体性能上有自己独特的优点。
但是因为PLZ-45火炮的身管源于引进国外技术生产的W1988(也就是后来的PLL01火炮)型155毫米牵引加榴炮。
因此存在药室容积过大而身管长度不足的问题。
火炮内弹道性能一直无法达到最优状态,而且限于当时的技术条件,我们还不能研制155毫米火炮使用的全自动装弹机,PLZ-45火炮仅配备了半自动装弹机。
对于外贸装备来说PLZ-45自行加榴炮在火力性能和系统完整程度上是有鲜明特色的,但是其自动化程度尚不能达到部队期望的下一代先进大口径自行压制火炮的技术标准,因此最终没能大量装备我军现役炮兵部队。
然而墙内开花墙外香,PLZ-45火炮虽然不能装备部队,但却在外贸市场上开创了局面,赢得了良好的口碑,这也是对我国火炮研发人员的最佳褒奖。
从90年代中后期开始,国际上火炮领域为提高射程,增长身管,52倍口径长身管155毫米榴弹炮开始倍受青睐。
我军未来压制火炮武器如何在这种形势下保持自己的优势呢?修正PLZ-45火炮的缺陷,发展自己的新型长身管155毫米加榴炮才是最好的解决途径。
07年上半年,阿布扎比防务展上北方公司率先公开了SH-1型52倍口径155毫米车载自行加榴炮表明经过经过10余年的努力,中国已经具备了独立研制比45倍口径身管更长的155毫米火炮的技术实力。
而当年7月在建军八十周年军队建设成就展上以实物高调公开亮相PLZ-05式155毫米自行加榴炮则向世人正式宣布,这种实力已经转化为中国陆军实际的战斗力了!按照火炮上铭牌的说法,国产新型155毫米自行加榴炮被命名为PLZ-05式,也就是说,这种火炮是在2005年定型的。
将一种刚刚定型装备的先进武器拿出来向公众展示,也从一个侧面反映出了中国军队的自信和我们在大口径自行压制火炮领域的技术实力[23,24]。
在炮弹流场仿真方面,计算流体力学的兴起促进了实验研究和理论分析方法的发展,为各类流动模型的建立提供了更多的依据,使很多分析方法得到发展和完善。
然而,更重要的是计算流体力学采用它独有的新的研究方法——数值模拟方法——研究流体运动的基本物理特性。
这种方法的特点如下:(1)给出流体运动区域内的离散解,而不是解析解。
这区别于一般理论分析方法。
(2)它的发展与计算机技术的发展直接相关。
这是因为模拟的流体运动的复杂程度、解决问题的广度和所能模拟的物理尺度以及给出解的精度,都与计算机速度、内存、计算及输出图形的能力直接相关。
(3)若物理问题的数学提法(包括数学方程及其相应的边界条件)是正确的,则可在较广的流动参数(如马赫数、雷诺数、飞行高度、气体性质、模型尺度等)范围内研究流体力学问题,且能给出流场参数的定量结果[4,5,11,13]。
这常常是风洞实验和理论分析难以做到的。
而且,要建立正确的数学方程还必须与实验研究相结合。
更重要的是实际问题中所求解的多维非线性偏微分方程组十分复杂,现有数学理论尚不够充分,严格的稳定性分析、误差估计和收敛性理论的发展还跟不上数值模拟的进展。
虽然关于广义解唯一性、存在性等问题的严格数学理论已经取得了长足的进展,但还不足以对一些感兴趣的具体复杂问题给出明确的回答。
所以在计算流体力学中,仍必须依靠一些较简单的、线性化的、与原问题有密切关系的模型方程的严格数学分析,以及依靠启发性的推理给出所求解问题数值解的理论依据。
然后再依靠数值实验,地面实验和物理特性分析,验证计算方法的可靠性,从而进一步改进计算方法。
事实上,实验研究、理论分析方法和数值模拟是研究流体运动规律的三种基本方法,他们的发展是相互依赖相互促进的。
另一方面,计算流体力学的发展进程是伴随着计算机技术的发展而前进的。