基于FLUENT的固体发动机内流场数值仿真
基于Fluent的某滑阀内部流场仿真与分析
基于Fluent的某滑阀内部流场仿真与分析张静;高东玲;王晓辉【摘要】基于Fluent流场仿真软件,对某滑阀内部流场进行数值模拟和可视化研究.在相同计算条件下,分别对不同阀口开度下的三维模型进行稳态模拟仿真,得到滑阀内部流场的速度压力、流量特性以及流量系数的变化规律:在相同的压差条件下,随着阀口开度的增大,阀口处的最大速度、流场的最低压力、流量系数都随之降低.通过改变节流槽的形状进行仿真比较,得到流量系数与节流槽截面形状密切相关,在阀口开度相同的条件下,随着进出口压差的增大,半圆形节流槽滑阀的流量系数变化比较明显.研究为滑阀的优化提供了有效数据,并且对同类型产品的相关研究具有一定参考价值.【期刊名称】《液压与气动》【年(卷),期】2015(000)004【总页数】4页(P56-59)【关键词】滑阀;流速压力;压力流量特性;流量系数;半圆形节流槽【作者】张静;高东玲;王晓辉【作者单位】兰州理工大学能源与动力工程学院,甘肃兰州730050;兰州理工大学能源与动力工程学院,甘肃兰州730050;兰州理工大学能源与动力工程学院,甘肃兰州730050【正文语种】中文【中图分类】TH137引言液压阀是液压系统中非常重要的元件，主要通过控制流体的压力、流量和流动方向来满足工作要求，使各类执行元件实现不同的动作[1]。
液压控制阀的内部结构比较复杂，主要由阀体、阀芯、操纵控制机构等主要零部件组成。
滑阀类的阀芯是圆柱形，通过阀芯在阀体孔内的滑动来改变液流通路开口的大小，以实现对液流压力、流量及方向的控制。
非全周开口滑阀具有水力半径大，抗阻塞的特点，其流量范围大，易得到较小的稳定流量，在液压比例阀和伺服阀中得到了广泛应用[2]，节流槽滑阀的特性分析对液压阀的性能提升起着很重要的作用。
近几年随着计算机科学技术的不断发展以及计算流体力学理论的丰富。
人们借助CFD技术对液压阀复杂内部流场进行数值模拟和可视化分析，成为液压领域的热点。
FLUENT在发动机工作过程数值模拟中的应用
FLUENT在发动机工作过程数值模拟中的应用曹永娣;杜明侠;李辉;柏春良【摘要】利用CFD技术可求解流体的流动、传热、燃烧、多相流及化学反应等控制方程,且信息量大、费用低、周期短、效率高.FLUENT是应用面最广、影响最大的CFD软件.将FLUENT用于发动机工作过程数值模拟中,阐述其处理过程和求解步骤,为研究发动机工作过程的研究提供了一种方法.【期刊名称】《华北水利水电学院学报》【年(卷),期】2012(033)002【总页数】3页(P108-110)【关键词】发动机;数值模拟;FLUENT【作者】曹永娣;杜明侠;李辉;柏春良【作者单位】华北水利水电学院,河南郑州450011;华北水利水电学院,河南郑州450011;华北水利水电学院,河南郑州450011;华北水利水电学院,河南郑州450011【正文语种】中文发动机性能的好坏是决定汽车行驶性能的最主要因素.影响发动机性能的因素包括发动机的全部工作过程:进气、压缩、燃烧、膨胀以及排气.实验台架和经验是传统的设计方法，其设计费用高、效率低、耗时长，难以满足市场需求［1］.CFD技术是借助计算机通过求解流体流动、传热、燃烧、化学反应及多相流等的守恒控制偏微分方程组，来进行数值预测.与实验相比较，运用CFD技术模拟发动机的工作过程，得到的信息量大，而且费用低、周期短、效率高，能够反应各运转参数及结构参数对发动机性能的影响程度.与传统方法相比，CFD技术是一种更简洁、更高效的研究发动机工作过程的重要方法.FLUENT是应用面最广、影响最大的CFD软件，可实现流场、喷雾、燃烧及排放的计算，对发动机进排气道内的气流运动、气缸内的喷雾燃烧等进行系统的分析.笔者主要介绍了FLUENT在发动机工作过程数值模拟分析的具体实现过程，为发动机工作过程分析提供了一种方法. FLUENT软件包含3个基本环节:前处理、求解和后处理，在发动机内流动数值模拟过程中，与之对应的模块为前处理器、求解器和后处理器.前处理器主要用于完成前处理工作，FLUENT中自带的前处理器是Gambit.Gambit软件包含几何建模功能和功能强大的网格划分工具，可划分出包含边界层等有特殊要求的高质量的网格.1.1.1 构造几何模型在模拟发动机工作前，用Gambit建立气缸以及进排气道等的三维几何模型，对形状复杂、不能简化处理的发动机模拟也可以通过Pro/E，SolidWorks，CTIA，ANSYS等软件造型，将这些模型保存成Gambit可接收的格式并导入到Gambit 中，这样就生成了几何模型.发动机的喷嘴、进排气道以及燃烧室等结构很复杂，可通过其他软件造型后导入Gambit.1.1.2 网格划分生成几何模型后，要进行网格划分.解决三维问题时，Gambit常用的网格单元有:Hex，Hex/Wedge和Tet/Hybrid;常用的网格类型有:结构网格、块结构网格、非结构网格和混合网格.如图1所示，由于发动机局部模型复杂，如气门部位往往直接采用混合网格TGrid，易于划分成功，提高模拟精度.1.1.3 指定边界类型和区域类型Gambit中需先选定求解器，然后指定各区域和边界的类型.发动机进排气和燃烧的模拟，涉及到多个区域，有混合气运动的流体区域，还有气门以及活塞、各管道壁面等的固体区域，在模拟前必须指定区域类型和边界类型，将各区域区分开来.如图2所示，将进气歧管中氢气－空气混合气的入口面定义类型为VELOCITY_INLET.完成上述3个步骤即完成了发动机几何模型的网格生成，将文件保存并导出FLUENT可以接收的.mesh格式的文件.打开FLUENT界面，将上面的.mesh文件导入到FLUENT中，开始发动机模拟的核心过程——求解.求解器的核心是数值求解方案，包含有限差分法、有限体积法和有限元法等.上述各方法的流动变量近似方法和对应的离散化过程不同，FLUENT 软件采用的是有限体积法.求解发动机的流动、传热、瞬态和稳态等问题，其过程可按以下步骤进行.1.2.1 建立控制方程求解任何问题前要建立控制方程，发动机工作过程涉及燃料的混合、燃烧和燃烧后各组分的浓度分析，实际中内燃机内流动包含层流和湍流等流动状态，因此其控制方程包含质量守恒方程、动量守恒方程和能量守恒方程外还应包含状态方程、组分质量守恒方程、湍流的Reynolds时均方程以及湍流模型方程(如图3所示)等.尽管上述诸多方程有不同的因变量，但它们均反映了单位时间内单位体积物理量的守恒，因此可用以下通用形式来表达，式中各项分别为瞬态项、对流项、扩散项和源项.1.2.2 确定初始条件和边界条件初始条件和边界条件合称为定解条件，只有当它们确定后，流场才有唯一的确定解. 确定边界条件是FLUENT分析问题中至关重要的一部分，对所有问题都要指定边界条件.发动机工作过程模拟的流动边界条件较简单，而与燃烧相关的传热边界条件较复杂，其常用的边界条件有:流动进、出口边界，给定压力边界，对称边界，壁面边界和周期边界等［4］.初始条件相对简单，稳态问题不需给定初始条件，而瞬态问题，必须给定各计算点的变量初值.1.2.3 划分计算网格前处理的网格划分中已有简单介绍.发动机工作过程中，不同曲轴转角对应的气门和缸内活塞的运动位置不同，要想求得不同时间下流场的物性参数，就要先得到不同曲轴转角对应的网格节点坐标，然后生成气门和活塞运动时的动态网格.动态网格的划分质量是影响计算精度和效率的关键因素之一，FLUENT软件中的动网格变形方法有3种:弹簧压缩式(Smoothing)，动态铺层式(Layering)和局部网格重构式(Remeshing)［5］.如图 4 所示，在解决发动机气门和活塞运动问题时，一般采用3种网格变形方法的组合.1.2.4 控制方程的求解用数值方法求解控制方程前要建立离散化方程.FLUENT使用的离散化方程的方法是有限体积法，施加离散化的边界条件和初始条件后再给定求解控制参数就可以进行离散方程的求解了.内燃机缸内流场计算的方法主要有2种:一种是Hirt C W等提出的任意拉格朗日－欧拉法(ALE)，另一种是解压力耦合方程的半隐式(SIMPLE)及其改进型［3］.FLUENT提供了分离解法和耦合解法，2种方法的求解方程一致，但求解过程和方法不同.数值计算结果一般要经过多次迭代，迭代过程中要监视解的收敛性，达到设定精度后即结束迭代过程.求得各计算节点的值后，需要将整个计算区域上模拟的速度场、温度场、浓度场等的分布情况用形象的图形或表格表示出来，以便分析发动机工作过程的影响因素.在FLUENT基础上，可采用线值图、矢量图、等值线图、流线图和云图等方式表示上述结果［6］.论述了FLUENT在发动机工作过程数值模拟中的应用，分别介绍了前处理器Gambit的建模及网格生成功能，求解器的计算求解和分析过程以及后处理功能，可为相关研究参考.【相关文献】［1］李向荣，付经伦，马维忍.内燃机内流动的研究［J］.车用发动机，2003(1):1－5.［2］王锡斌，蒋德明，董学尧.内燃机工作过程数字模拟中的 CFD［J］.拖拉机与农用运输车，2002(4):32 －34.［3］沈建平.内燃机缸内流场数值模拟研究现状及发展［J］.车用发动机，1997(1):7 －13. ［4］周俊杰，徐国权，张华俊.FLUENT工程技术与实例分析［M］.北京:中国水利水电出版，2010.［5］江帆，黄鹏.FLUENT高级应用与实例分析［M］.北京:清华大学出版社，2008.［6］何志霞，王谦，袁建平.数值热物理过程［M］.镇江:江苏大学出版社，2009.。
基于FLUENT的固体发动机内流场数值仿真
文 章 编 号 ： ０ ９ ３ ４ （０ ０１ — ５ ６ ０ １ ０ — ０ ４２ １ ）３ ３ ４ － ２
Ｎｕ ｅ ｉａ ｉ ｌ ｔ ｎ ｆ ｒＩ ｔ ｒ ａ ｌ ｗ ｉ ｌ ｆＳ ｌ ｇ ｎ ａ ｅ ｎ Ｆ ｕ ｎ ｍ ｒｃ ｌＳ ｍｕ ａｉ ｏ ｎ ｅ ｎ ｌＦ ｏ Ｆ ｅｄ ｏ ｏｉ Ｅｎ ｉ ｅ ｂ ｓ ｄ ｏ ｌ ｅ ｔ ｏ ｄ
一
种有 效 途 径 。
Ｈｕ ｎ 是 国 内使 用 最 广泛 的 Ｃ Ｄ 软件 之 一 。 ｅｔ Ｆ 在实 际应 用 时 ， 自带 的标 准 模 型 以 直接 交 互 的 方式 可 以解 决许 多 问题 。 对 于 有 其 但 着 复 杂 边界 条 件 或 者 用 户 自定 义 的方 程 源 的 某 些 问 题 ， 准 的 Ｆｕｎ 界 面 并 不 能 直 接 得 到 结 果 ， 决 方 案 是 通 过 编 制 用 户 自定 义 标 ｌｅｔ 解 函 数 （ ｓｒ ｅ ｎｄＦ ｎ ｔ ｎ 简称 Ｕ Ｆ 满 足 用 户 的个 性 化 需 求 。 文选 用 欧 拉 一 格 朗 日离 散 相模 型模 拟 固 体火 箭 发 动机 喷 管 内 含 Ｕ ｅ Ｄ ｆ ｅ ｕ ｃ ｏ ， ｉ ｉ Ｄ ） 本 拉
Ｋｅ ｒ ｓ Ｆ ｕ ｎ ｏｔ ｒ ； ｉ ｒｔ ｈ ｓ ｄ ｌ ｒ ｃ ｅ ｔ ｒｎ ｚ ｌ； Ｏ ｐ ａ ｅｆ ｗ ｙ ｗｏ ｄ ： ｌ ｅ ｔ ｆ ｓ ｗａ ｅ ｄｓ ｅｅｐ ａｅ ｍｏ ｅ； ｏ ｋ ｔ ｃ ｍｏ ｏ ｏ ｚ ｔ — ｈ ｏ ｅＷ ｓ ｌ
固体 发 动 机具 有 结 构 简 单 、 操作 安 全 、 作 可 靠 性 高 、 本低 等特 点 。 目前研 究 固体 火 箭发 动 机 的 工作 过 程 一 般 采用 两 种方 法 ， 工 成 即 试验 法 与 数值 仿 真 法 。 验 获得 的结 果 直 观可 靠 ， 数 据 是 研 制 固体 火 箭 发 动 机 的主 要 依 据 ， 是试 验 耗 资 大 、 期长 。 值 仿 真 试 其 但 周 数
基于FLUENT的混合器内部流场数值模拟
· 26 ·
过滤与分离 Journal of Filtration & Separation
2010 Vol.20 No.1
基于 FLUENT 的混合器内部流场数值模拟
文媛媛
（武汉理工大学 汽车学院，湖北 武汉 430070）
摘 要：介绍了 FLUENT 软件的主要特点及其在冷热水混合器内的应用情况。通过使用 FLUENT
Z
X
Contours of Static Temperature(k)
Dec 02,2009 FLUENT 6.2(3d,segregated,ske)
图 5 r =2 入流口平面温度分布
3.20e+02
3.19e+02
3.17e+02
3.16e+02
3.15e+02
3.13e+02
3.12e+02
图 1 网格划分示意图
2.3 设置边界条件 入口边界：混合器入口速度可以认为是均匀分布
的，分析的流体是稳态不可压缩的水。冷水入口速度大 小 1 m/s，温度 280 K，热水入口速度大小 1 m/s，温度 320 K，冷热水入水口的湍动能 k 和湍能耗散系数 ε 分 别按 5%的湍流强度和 2 mm 水力直径计算确定。
基于FLUENT的固体发动机内流场数值仿真
基于FLUENT的固体发动机内流场数值仿真作者：颜世东,刘砚山,冯艳来源：《电脑知识与技术》2010年第13期摘要:通过使用Fluent软件的欧拉-拉格朗日离散相模型, 对某型导弹固体发动机喷管内含铝推进剂的两相流动进行二维数值模拟,将模拟结果与已知试验事实进行对比,结果表明该方法对两相流具有较好的模拟。
关键词:Fluent软件;离散相模型;喷管;两相流中图分类号:TP391.9文献标识码:A文章编号:1009-3044(2010)13-3546-02Numerical Simulation for Internal Flow Field of Solid Engine based on FluentYAN Shi-dong1,LIU Yan-shan1,FENG Yan2(1.Unit 91404 of PLA, Qinhuangdao 066001, China; 2.Yanshan University, Qinhuangdao 066004, China)Abstract: Through Euler-Lagrangian discrete phase model of Fluent software, the two-dimensional two-phase flow numerical simulation of the solid rocket motor nozzle a certain type of missile propellants with aluminum was simulated and the simulation results were compared with the known fact. The experiment results show that the method has better simulation for two-phase flow.Key words: Fluent software; discrete phase model; rocket motor nozzle; two-phase flow固体发动机具有结构简单、操作安全、工作可靠性高、成本低等特点。
基于Fluent的调节阀内部流场数值模拟
基于Fluent 的调节阀内部流场数值模拟徐宏海1杨丽1詹宁2（1北方工业大学机电工程学院，北京100041）（2北京市埃珂特机电技术有限公司，北京100037）Numerical simulation based on fluent about flow field of control valveXU Hong-hai 1，YANG Li 1，ZHAN Ning 2（1College of Electromechanical Engineering ，North China University of Technology ，Beijing 100041，China ）（2Beijing ACT Mechanical &Electronic Tech.Ltd.，Beijing 100037，China ）文章编号：1001-3997（2009）07-0214-02【摘要】建立了调节阀内部流场三维模型，采用通用CFD 软件Fluent 对其内部复杂流场进行了三维粘性数值模拟，通过对调节阀流量系数模拟值与理论值的比较，表明应用Fluent 对调节阀进行模拟计算是可靠的，为调节阀结构改进提供了理论依据。
关键词：调节阀；内部流场；数值模拟；流量系数【Abstract 】It established internal 3D flow field of control valve.The numerical simulation of control valve was accomplished with the common software Fluent .By comparing simulation value and theoretical value of flow coefficient ，it is proved that Fluent is effective in the flow field simulating of control valve.It can provide theory basic for the structure improvement of control valve.Key words ：Control valve ；Internal flow field ；Numerical simulation ；Flow coefficient中图分类号：TH16，TK414.1+8文献标识码：A＊来稿日期：2008-10-121引言研究的电动调节阀主要用于空调、制冷、采暖等楼宇自动控制系统中冷/热水，蒸汽的流量调节。
固液火箭冲压发动机燃烧室流场数值仿真
固液火箭冲压发动机燃烧室流场数值仿真
韩红伟;刘宇;任军学
【期刊名称】《火箭推进》
【年(卷),期】2011(037)001
【摘要】固液火箭冲压发动机通过固液两种燃料匹配工作,相比传统的固体火箭冲压发动机和液体燃料冲压发动机具有较为明显的优势.基于离散相模型和单步反应模型,采用Fluent 对设计点飞行参数下,不同结构和不同工况条件下的燃烧室两相反应流场进行了数值仿真.结果表明,燃气发生器喷管参数和进气道进气角度主要影响空气与燃气流的撞击以及头部区的回流,而进气道周向角度主要影响液体燃料的分布,发动机比冲随余气系数的增大先增大后减小.根据仿真结果,提出了有利于提高发动机性能的结构参数和余气系数范围.
【总页数】6页(P22-27)
【作者】韩红伟;刘宇;任军学
【作者单位】北京航空航天大学宇航学院,北京100191;北京航空航天大学宇航学院,北京100191;北京航空航天大学宇航学院,北京100191
【正文语种】中文
【中图分类】V430-34
【相关文献】
1.固液混合火箭发动机燃烧室和喷管流动数值模拟 [J], 田辉;蔡国飙;王慧玉;张振鹏
2.固液火箭冲压发动机推力调节的一种方法 [J], 李非;陈武群
3.固液火箭冲压发动机内两相反应流场数值计算(英文) [J], 马智博;朱建士
4.固体火箭冲压发动机二次燃烧室流场数值计算和试验研究 [J], 董岩;余为众;吕希诚
5.固液火箭冲压发动机研究 [J], 吕希诚;王南
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基于FLUENT的搅拌设备内部二维流场数值模拟研究
基于FLUENT的搅拌设备内部二维流场数值模拟研究[摘要]本文采用Fluent对搅拌设备内部的流场分布进行二维数值模拟，分别讨论了不同搅拌器尺寸及转速对流场分布的影响。
通过模拟得到：搅拌器的尺寸和转速的增大有利于搅拌的混合均匀，但需要考虑各种因素的影响，确定在合适的尺寸和转速。
【关键字】Fluent 搅拌器；数值模拟序言搅拌器又称搅拌桨或叶轮，它是搅拌设备中一个很重要的部分，通过自身的旋转把机械能传递给流体，一方面在搅拌器附近区域的流体造成高湍流的充分混合区，另一方面产生一股高速射流推动全部液体沿一定途径在罐体内循环流动，从而使得溶液中的气体、液体甚至悬浮的颗粒得以混合均匀，达到强化传质和传热的作用。
但是搅拌器的选型受介质的粘度、密度和腐蚀性、反应过程的特性以及搅拌效果和搅拌功率的要求的影响，另外搅拌槽内流动场非常复杂，目前对这列复杂反应器设计的主要依据为搅拌槽内的宏观流动特性，如功率消耗、排出流量、桨叶叶端线速度等。
研究者对搅拌槽内宏观特性进行充分的研究，可以给出定性化判据和标准，但其经验性较强，依赖于小规模实验结果，不能预测真实过程中各种场及搅拌槽内过程特性，因此很难向几何参数、操作条件不同的过程推广【1】。
利用CFD技术能够模拟不同形式桨叶、尺寸、转速和离底距离等条件下，流场对混合、悬浮和分散过程的影响，能够直观显示其内部的流动情况，可以为搅拌器的优化设计做指导。
1.数学建模控制方程：（1）连续性方程（2）运动方程2.数值模拟过程搅拌过程中的混合、传质与传热，影响的因素很多，主要包括搅拌器的类型、尺寸及转速，流体的粘度等，本文以十字型搅拌器作为例，对不同尺寸和转速下的搅拌设备内部的流场进行模拟，从而得到各个因素对搅拌设备内部流场分布的影响，其参数为：外筒直径1000mm，搅拌器直径400-520mm，转速0.5rad/s-2rad/s。
（1）模型建立利用gambit建立简化后的二维模型，模型如图所示，整个计算区域分成区域1和区域2（如图1所示），其中区域1为外圆和内圆组成，区域2由内圆和十字搅拌器所组成。
基于FLUENT的混合器内部流场数值模拟
基于FLUENT的混合器内部流场数值模拟
文媛媛
【期刊名称】《过滤与分离》
【年(卷),期】2010(020)001
【摘要】介绍了FLUENT软件的主要特点及其在冷热水混合器内的应用情况.通过使用FLUENT软件的标准κ-ε湍流模型对冷热水混合器进行三维数值模拟,分析其内部流场变化情况.通过模拟,能真实反映混合器内部的复杂流动,为混合器的设计和改进提供理论依据.
【总页数】5页(P26-29,33)
【作者】文媛媛
【作者单位】武汉理工大学,汽车学院,湖北,武汉,430070
【正文语种】中文
【中图分类】TP273
【相关文献】
1.基于FLUENT3D生物打印喷头内部流场的数值模拟分析 [J], 刘东方;周骥平;史宏灿;许晓东;姜亚妮;张琦
2.基于FLUENT3D生物打印喷头内部流场的数值模拟分析 [J], 刘东方;周骥平;史宏灿;许晓东;姜亚妮;张琦;;;;;;;
3.基于Fluent的纤维过滤器内部流场数值模拟 [J], 权洁; 陈浩; 孟庆睿
4.基于FLUENT的皮托管泵的内部流场数值模拟 [J], 吴科; 胡军科; 曾誉
5.基于Fluent的打叶机内部流场数值模拟 [J], 向靖锋;王立华;黄亚宇
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安徽工业大学科技成果——利用FLUENT进行三维流体动态数值仿真
安徽工业大学科技成果——利用FLUENT进行三维流
体动态数值仿真
成果简介
近年来，应用黏性多相流理论、空化模型和湍流理论进行包括空泡在内的各种流场的数值研究已有很多发展。
已经利用基于非稳态N-S方程的混合多相流理论和滑动网格技术成功预报螺旋桨等流场周围流场压力等参数以及螺旋桨空泡。
尾流场压力、速度和片空化的数值预报结果与相关实验相比基本吻合，反映了流场特征变化。
下图是空化数值模拟及实验结果。
技术创新点
这里利用计算流体力学软件FLUENT进行二次开发来实现数值计算。
FLUENT软件采用可以使用任意多面体网格的有限体积法。
控制方程中对流项采用二阶迎风格式离散，扩散项采用二阶中心差分格式离散。
速度压力耦合采用适合非结构网格的SIMPLE算法。
使用逐点Gauss-Seidel迭代求解离散方程。
利用代数多重网格加速计算收敛。
方程中物理量残差收敛标准为四阶。
质量守恒连续性（continuity）残差收敛标准为三阶。
假定计算域远场边界条件为稳定均匀的。
为了降低计算的难度，利用单相流的收敛解作为多项流求解的初始值，并将稳态解作为非稳态计算的初始值。
应用领域各种相关流体的数值模拟，包括：船体周围流体数值模拟；螺旋桨空化流场数值模拟；容器内部流场数值模拟；多相流数值模拟；空泡流场数值模拟。
FLUENT软件在固体火箭发动机内流场计算中的应用前景
中国兵工学会火箭导弹专业委员会第十一次学术会议FLUENT软件在固体火箭发动机内流场计算中的应用前景方玉琪魏志军（北京理工大学机电工程学院，北京100081）摘要FLUENT作为一个商用软件，它在一般工程技术中具有极高的应用价值。
本文首先对FLUENT软件进行了一些基本的介绍，然后结合固体火箭发动机内流场数值模拟中遇到的问题，分析了软件中的所采取的一些相应的措施，发现FLUENT能较好的满足固体火箭发动机内流场的数值模拟，在以后的内流场数值模拟中具有较好的应用前景。
主题词固体火箭发动机，内流场，数值模拟，湍流模型，边界条件1 引言近年来，随着计算机技术和计算方法的不断进步，固体火箭发动机内流场数值模拟的工作越来越受到重视。
在以往的研究中，由于受数值计算水平的制约，人为的将固体火箭发动机燃烧室和喷管中的流场分开计算，从而不能真实反映装药几何形状对喷管流场的影响。
分开计算的模式割裂了二者的有机联系，为了统一计算，首先就要生成一体化的网格。
在固体火箭发动机内流场计数值模拟中，还要考虑两相流动、传热、燃烧、辐射等诸多问题。
目前，通常的做法是将流动和燃烧、传热等分开考虑,以简化燃烧室内流场研究的数学模型。
但是燃气的流动仍然涉及到两相、湍流和化学反应，而且由于三维药柱和潜入喷管的应用，使几何边界和初始边界条件难以确定，再加上药柱燃烧造成了边界移动，使问题更趋复杂。
那么，能不能找到一种方法或者软件对其进行综合分析考虑呢？在目前的几种计算软件中，FLUENT作为一种用于模拟具有复杂外形的流体流动以及热传导的计算机程序，能够很好的满足数值模拟的要求，具有较好的应用前景。
2 FLUENT软件简介FLUENT的软件设计基于“CFD计算机软件群的概念”，不同领域的计算软件组合起来，成为CFD软件群。
针对每一种流动的物理问题的特点，采用适合于它的数值解法在计算速度，稳定性和精度等各方面达到最佳，从而高效率地解决各个领域的复杂流动的计算问题。
CFD软件Fluent在多级泵内部流场数值分析中的应用
CFD软件Fluent在多级泵内部流场数值分析中的应用摘要：随着我国经济实力的不断上升，计算机信息化水平也我国多个领域有着广泛的应用，本文则主要分析多级泵内部流场中CFD软件Fluent对其的应用，经研究得知，采用这种数值计算方法改型优化，提高多级泵内部流场分析效率，也是计算流体力学和计算机技术的一大融合，值的推广和应用。
关键词：Fluent；多级泵；内部流场；数值分析；在石化、农业、矿业及电业等领域都涉及多级泵，因它自身扬程高，占地小等优点而被广泛应用。
对多级泵内部流动规律进行分析，多提高多级泵的运行和设计有着现实意义。
随着计算机技术的不断发展，采用数值来分析多级泵内部流场，并预测了效率和扬程，这些都为多级泵内部流场分析，及提高效率和改型优化起到参考价值作用。
本文就利用CFD软件Fluent对多级泵内场速度和压力进行三维数据模型，并加以对比分析。
1. Fluent相关概述目前国际上比较流行的商用CFD软件包则是Fluent，在美国的市场占有率为60%。
凡是流体、热传递和化学反应有关的工业领域都是涉及。
其自身丰富的物理模型，先进的数值方法和强大的前后处理功能，让它在汽车设计、航空航天及石油天燃气等方面都有广泛的应用。
Fluenth系列软件包括通用的CFD软件FLUENT、POLY­；FLOW、FIDAP，CFD教学软件FlowLab，工程设计软件FloWizard、FLUENT for CATIA V5，TGrid、G/Turbo。
Fluen软件包含非常丰富，经过工程确认的物理模型，高超音速流场、转捩、传热与相变、化学反应与燃烧、多相流、旋转机械、动/变形网格、噪声、材料加工等复杂机理的流动问题都可进行模拟。
这款软件有以下几个特点：1）适用面广；各种物理模型都可优化，如：辐射模型，相变模型，反应流模型，离散相变模型，计算流体流动和热传导模型，多相流模型及化学组分输运。
它的数值解法好可适用于每一种物理问题的流动特点，用户可自行选择它的显示或隐式差分格，在计算速度、精度及稳定性方面都可达到效果最佳。
燃烧机构内部流场的数值仿真和方案优选
燃烧机构内部流场的数值仿真和方案优选作者：王维保李东风林瑞中摘要：为优化燃烧机构的结构设计，用FLUENT 建立某燃烧机构内部流场数值仿真模型；针对进口流量和出口直径参数各取3 个不同的值，组合成9 种方案来仿真内部温度场和压力场分布；通过比较不同方案的内部温度场及压力场仿真结果，优选出合适的方案. 仿真结果与试验结果较为吻合，说明采用数值仿真方法可为燃烧机构方案设计提供参考。
1 前言现代科学技术的飞速发展极大地推动了相关产业和学科研究的。
CAE作为一种新兴的数值模拟分析技术，越来越受到工程技术人员的重视。
在产品研发过程中引入CAE技术，不仅能协助工程技术人员进行产品设计，还可以作为保证产品设计质量的一种有力手段。
某燃烧机构的设计过程中，应用Fluent分析软件仿真计算该燃烧机构不同方案的内部温度场及压力场分布，通过比较不同方案的内部温度场及压力场仿真结果，优选出合适的方案。
从而缩短研制周期，节省研制经费。
2 仿真方案设计燃烧装置工作产生大量粒子的同时也产生了大量的热量。
在工作过程中，为降低燃烧机构温度，从燃烧装置底部通入冷空气，冷空气在燃烧装置与燃烧室间的空隙中流动，将其产生的热量带走，加热后的空气流与燃烧产生的粒子流混合后从口部喷出，控制出口部直径即能改变出口部气流的速度。
图1是某燃烧机构结构图，该燃烧机构仿真计算的主要目的是保证燃烧机构在一定进口流量下得到合适出口流速及燃烧机构外壁温度。
因此，本文针对燃烧机构进口流量、出口直径两个参数各取3个变量进行对比仿真计算（表1为对比仿真方案表），优选出最佳方案。
图1 燃烧机构结构图表1 对比仿真方案表3 仿真计算及方案确定根据表1的对比仿真方案建立了三个仿真模型，每个仿真模型分别赋予三种不同的进口流量，得到九种仿真方案。
为了减少计算量，由于模型为旋转对称模型故只建立了四分之一模型进行仿真计算。
因此，仿真模型(见图2)设有两个对称边界条件，一个常温质量入口边界条件，一个高温质量入口边界条件，一个压力出口边界条件，其余为壁面边界条件。
基于Fluent的柴油机缸内气体流动仿真分析
基于Fluent的柴油机缸内气体流动仿真分析程清波;寇睿;耿莉敏;王城【摘要】气体的缸内流动对内燃机燃烧和排放起着关键作用.文章用Proe对某柴油机燃烧系统进行建模,导入ICEM划分网格,用Fluent进行求解.通过分析速度场和压力场等的变化,获得柴油机缸内流动情况,为缸内结构优化提供参考.【期刊名称】《汽车实用技术》【年(卷),期】2016(000)009【总页数】2页(P29-30)【关键词】柴油机;气缸;流动;数值模拟【作者】程清波;寇睿;耿莉敏;王城【作者单位】长安大学汽车学院,陕西西安 710064;长安大学汽车学院,陕西西安710064;长安大学汽车学院,陕西西安 710064;长安大学汽车学院,陕西西安710064【正文语种】中文【中图分类】U464.17210.16638/ki.1671-7988.2016.09.011CLC NO.: U464.172 Document Code: A Article ID: 1671-7988 (2016)09-29-02随着计算机模拟技术日益成熟，研究发动机不再单一的通过试验进行，数值模拟越来越受到研究者的推崇与喜爱[1]。
众所周知，气体的流动状态对发动机燃烧有着直接的影响，在里卡多设计的湍流式发动机中，其燃烧室的形状可以改变缸内气流的流态，用来确定最佳燃烧的流动状态；阿尔科克的研究表明，进气行程产生的旋流可以有效的改善发动机的燃烧状况。
为此，工程人员投入大量的时间与精力对发动机缸内气流进行探究，以获得期望中的进气涡流，改善发动机的燃烧。
目前，已取得阶段性的效果。
本文在此基础上，进行柴油机气体缸内流动的研究。
1.1 几何模型的建立在对气缸及进气道进行数值计算之前，需要建立反映实际几何特征的三维模型，燃烧室模型用Proe根据实际形状做适当简化得来。
柴油机的参数如下，每缸气门数：2；燃烧室形式：ω型；缸径×行程（mm×mm）:112×132；压缩比：17.5:1。
固体火箭发动机瞬态内流场数值仿真
固体火箭发动机瞬态内流场数值仿真
宋大明;周长省
【期刊名称】《弹箭与制导学报》
【年(卷),期】2010(030)006
【摘要】利用FLUENT的用户自定义函数定义固体推进剂燃面的边界移动和燃面的质量添加,考虑压力和流速对侵蚀效应的影响,对内孔燃烧固体火箭发动机的瞬态内流场进行了研究.采用标准kε湍流模型,隐式耦合算法计算了喷管和燃烧室一体化内流场.得到了内弹道各参数随时间变化和空间分布情况、装药动态燃烧过程,以及侵蚀效应对发动机燃烧室压力分布和固体火箭发动机工作过程的影响.
【总页数】3页(P147-149)
【作者】宋大明;周长省
【作者单位】南京理工大学机械工程学院,南京,210094;南京理工大学机械工程学院,南京,210094
【正文语种】中文
【中图分类】V435
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1.大长径比固体火箭发动机点火瞬态内流场特性分析 [J], 杨乐;余贞勇;何景轩
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5.基于水平集函数的固体火箭发动机瞬态内流场模拟方法研究 [J], 王革;李冬冬;韩万之;张莹
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基于FLUENT的固体发动机内流场数值仿真
2.3 UDF 计算比冲
出口比冲使用 UDF 自定义函数来实现。
#include "udf.h" /* 头文件 */ DEFINE_ON_DEMAND(on_demand_F) /* 宏定义 */ { real velocity,flux,F=0; /* 定义速度、流量和推力变量 */ Thread *t; /* 定义指向出口的指针 */ face_t f; /* 定义面变量 */ Domain *domain; /* 定义计算区域指针 */ domain=Get_Domain(1); /* 获取指针地址 */ t=Lookup_Thread(domain,7); /* 获取出口指针地址 */ begin_f_loop(f, t) /* 出口面循环开始 */ { velocity=F_U(f,t); /* 获得网格点速度 */ flux=F_FLUX(f,t)*2*3.1415926; /* 获得网格点的流量 */ F+=velocity*flux; /* 计算推力 */ } end_f_loop(f, t) /* 出口面循环结束 */ printf("F is %g\n",F); }
(3)
曳力系数 CD 可采用式 4 表达： (4)
对于球形颗粒，在一定的雷诺数范围内，上式中的 a1,a2,a3 为常数。 对于亚观尺度（直径＝1～10μm）的颗粒，Stokes's 曳力公式是适用的。 这种情况下，FD 定义为：
(5)
上式中的系数 Cc 为 Stokers's 曳力公式的 Cunningham 修正（考虑稀薄气体力学的颗粒壁面速度滑移的修正），其计算公式为： (6)
图 1 网格边界条件的定义
2.2 边界条件
基于Fluent流场数值仿真的管路流量计算_张功晖
Hydraulics Pneumatics&Seals/No.12.2010基于Fluent流场数值仿真的管路流量计算张功晖1黎志航2周志鸿1(1.北京科技大学土木与环境工程学院，北京100083; 2.广东肇庆爱龙威机电有限公司，广东肇庆526238)摘要：利用Fluent三维单精度求解器，对管路内的三维稳态流场进行仿真，利用后处理工具得到管路体积流量，并将Fluent数值仿真计算的体积流量结果与实测结果进行对比，数值仿真计算结果得到实际测量实验的验证。
关键词：Fluent；管路；流量中图分类号：TH138.52文献标识码：A文章编号：1008-0813（2010）12-0041-03Air-passage Structure Improving of Pneumatic ElectromagneticValve Based on Flow Field Simulation withing FluentZHANG Gong-hui1LI Zhi-hang2ZHOU Zhi-hong1(1.Civil&Environment Engineering School of University of Science and Technology Beijing,Beijing100083,China; 2.Guangdong Zhaoqing L&V Co.,Ltd.,Zhaoqing526238,China)Abstract:This thesis applies Fluent single-precision solver calculate the volumetric flow rate by simulating3D steady flow field of the pipeline,and compares the calculated flow rate and the actual measured result.Key Words:fluent；pipeline；volumetric flow rate0提出问题广东肇庆爱龙威公司构建了如图1所示的管路，管路由一段长为L1=500mm、管内径为D1=4mm的塑料管AB，与一个长度为L2=40.14mm、孔径为D1=1.25mm 的不锈钢零件BC连接而成。
Fluent验证案例15：发动机缸内流动
Fluent验证案例15：发动机缸内流动本验证案例计算发动机缸内流体流动。
1问题描述本案例较为简单，计算几何如下图所示。
计算模拟理想的发动机气缸内流动情况，计算域包含一个直进口及一个升程10 mm的阀门。
采用3D几何模型、稳态等温及不可压缩模拟，利用标准k-epsilon湍流模型及标准壁面函数进行计算。
2Fluent设置•以3D、Double Precision启动Fluent•利用菜单File → Read → Case...加载文件valve10-1.cas.gz2.1 General设置•鼠标双击模型树节点General，右侧面板保持默认设置2.2 Models设置•右键选择模型树节点Models > Viscous，选择菜单项Model → Standard k-epsilon激活湍流模型2.3 Materials设置•创建材料fluid，设置其density = 894 kg/m3，Viscosity = 0.00152875 kg/m-s2.4 Cell Zone Conditions•鼠标双击模型树节点Cell Zone Conditions > fluid-11，弹出对话框中设置Materials Name为fluid2.5 Boundary Conditions设置•鼠标双击模型树节点Boundary Conditions > velocity-inlet-1 •设置Velocity Magnitude为0.928156 m/s•设置湍流强度为10%，湍流尺度为0.28 m出口边界采用默认设置。
2.6 Monitor•鼠标双击模型树节点Monitor > Residual，弹出对话框中设置连续方程收敛残差为1e-5，如下图所示2.6 Initialzation•右键选择模型树节点Initialization，点击菜单项Initialize进行初始化2.7 Run Calculation•双击模型树节点Run Calculation，右侧面板设置Number of Iterations为1000•点击按钮Calculate开始计算3计算结果验证•x=0面上速度分布网格有点儿粗糙，导致云图出现不连续的情况。
基于FLUENT的排气消声器内部流场仿真分析
基于FLUENT的排气消声器内部流场仿真分析
左言言;顾颖
【期刊名称】《小型内燃机与摩托车》
【年(卷),期】2011(040)001
【摘要】对某客车的排气消声器建立了物理模型和数学模型,利用大型商用CFD 软件Fluent进行内部流场仿真,分析了此消声器的压力场、速度场和温度场,得到其速度-压力损失曲线,分析了流场对消声性能的影响.流场数值模拟为研究消声器空气动力性能提供了便利,并对消声器的设计改进起到一定的指导作用.
【总页数】5页(P41-45)
【作者】左言言;顾颖
【作者单位】江苏大学振动与噪声研究所,江苏,镇江,212013;江苏大学振动与噪声研究所,江苏,镇江,212013
【正文语种】中文
【中图分类】U467.4+8
【相关文献】
1.基于Fluent的直动式纯水溢流阀内部流场建模与仿真分析 [J], 谭宗柒;叶惠军;周玉琼;朱华玲;居绩峰
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3.基于Fluent的外啮合齿轮泵内部流场仿真分析 [J], 姚奇;沈仙法;季丰
4.基于Fluent的外啮合齿轮泵内部流场仿真分析 [J], 姚奇;沈仙法;季丰
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中图分类号：TP391.9 文献标识码：A 文章编号：1009-3044(2010)13-3546-02
Numerical Simulation for Internal Flow Field of Solid Engine based on Fluent YAN Shi-dong1，LIU Yan-shan1，FENG Yan2
(3)
曳力系数 CD 可采用式 4 表达： (4)
对于球形颗粒，在一定的雷诺数范围内，上式中的 a1,a2,a3 为常数。 对于亚观尺度（直径＝1～10μm）的颗粒，Stokes's 曳力公式是适用的。 这种情况下，FD 定义为：
(5)
上式中的系数 Cc 为 Stokers's 曳力公式的 Cunningham 修正（考虑稀薄气体力学的颗粒壁面速度滑移的修正），其计算公式为： (6)
数据量。在网页上实现对 Java3D 的浏览，只要把相应的.class 文
件及所用到的资源（比如图片等）载入服务器即可。 但是这里的
html 文件要用 HTMLConverter.bat（SUN 提供）进行转换，转换的
目的用于当这个 HTML 页面在被浏览时，会自动检查客户 端 是
否具有 Java 及 Java3D 的运行环境，如果该环境尚未安装，将 自
图 1 网格边界条件的定义
2.2 边界条件
压力入口边界条件：温度（总温）输入 3000k；压强（总压）输入 6000000Pa，粒子在这个面上被释放。 压力出口边界条件：出口压力输入 101325Pa；温度输入 300k；粒子穿越形式为逃逸（escape）。 壁 面 ：粒 子 穿 越 形 式 改 为 捕 获 （trap）。
Key words: Fluent software; discrete phase model; rocket motor nozzle; two-phase flow
固体发动机具有结构简单、操作安全、工作可靠性高、成本低等特点。 目前研究固体火箭发动机的工作过程一般采用两种方法， 即试验法与数值仿真法。 试验获得的结果直观可靠，其数据是研制固体火箭发动机的主要依据，但是试验耗资大、周期长。 数值仿真 是通过计算机仿真技术建立发动机内、外流场仿真计算程序以及发动机理论性能和实际性能的预估程序。 通过这些程序来预测发 动机的性能与工作效果。 数值仿真能够减少试验次数和缩短发动机研制周期，可以取得良好的经济和军事效益，是解决此类问题的 一种有效途径。
在壁面处被捕集。 非挥发性颗粒在此处终止计算，颗粒或液滴中的挥发性物质在此处被释放到气相中； 穿过内部的诸如辐射或多孔介质间断面区域。 1.4 基本方程 Fluent 中通过积分拉氏坐标系下的颗粒作用力微分方程来求解离散相颗粒（液滴或气泡）的轨道。 颗粒的作用力平衡方程（颗粒 惯性=作用在颗粒上的各种力）在笛卡尔坐标系下的形式（X 方向）为：
作 战 系 统 仿 真 ；冯 艳 （1981-），女 ，黑 龙 江 省 绥 化 人 ，硕 士 ，主 要 从 事 系 统 工 程 研 究 ，教 学 教 务 管 理 。
3546 计算机工程应用技术
本栏目责任编辑：梁 书
第 6 卷第 13 期 (2010 年 5 月)
Computer Knowledge and Technology 电脑知识与技术
迭代之前需要为初始化流场提供一个初始解。 初始化数值： 压强 6000000Pa，x 轴初速 100m/s，温度 3000K。 六条曲线全部下降到 10e-4 以下 时，迭代停止。 四种不同直径离散相颗粒的运动轨迹对比如图 2 所示。
1.3 离散相边界条件
当颗粒与壁面发生碰撞时，将会发生下述几种情况： 颗粒发生弹性或非弹性碰撞反射； 穿过壁面而逃逸（颗粒的轨道计算在此处终止）；
收 稿 日 期 ：2010-04-20 作者简介：颜世东（1981-），男，黑龙江绥化人，本科，主要从事舰艇作战系统仿真；刘砚山（1983-），男，天津人，本科，主要 从 事 舰 艇
(1)
FD(u-up)为 颗 粒 的 单 位 质 量 曳 力 ，其 中 ： (2)
u 为流体相速度，up 为颗粒速度，μ 为流体 动 力 粘 度 ，ρ 为 流 体 密 度 ，ρp 为 颗 粒 密 度 （骨 架 密 度 ），dp 为 颗 粒 直 径 ，Fx 为 其 他 作 用 力，Re 为相对雷诺数（颗粒雷诺数），其定义为：
（下转第 3552 页）
本栏目责任编辑：梁 书
计算机工程应用技术 3547
Computer Knowledge and Technology 电脑知识与技术
第 6 卷第 13 期 (2010 年 5 月)
HTML 中，采用客户端/服务器模式，传输的不是图像本身，而是
控制三维图像生成的程序和数据，因而大大节省了网络传输的
其中 λ 为气体分子平均自由程。
2 计算过程
2.1 边界定义
在 GAMBIT 中，定义各个边界条件的类型，如图 1 所示。 (1)将 喷 管 入 口 设 为 压 力 入 口 （pressure_inlet）。 (2)将 喷 管 出 口 设 为 压 力 出 口 （pressure_outlet）。 (3)将 对 称 轴 设 为 （axis）。 (4)将 其 余 面 设 为 壁 面 （wall）。
Fluent 是国内使用最广泛的 CFD 软件之一。 在实际应用时，其自带的标准模型以直接交互的方式可以解决许多问题。 但对于有 着复杂边界条件或者用户自定义的方程源的某些问题，标准的 Fluent 界 面 并 不 能 直 接 得 到 结 果 ，解 决 方 案 是 通 过 编 制 用 户 自 定 义 函数（User Defined Function，简称 UDF）满足用户的个性化需求。 本文选用欧拉-拉格朗日离散相模型模拟固体火箭发动机喷管内含 铝推进剂两相流动，运用 UDF 解决计算喷管出口推力的函数问题。
ISSN 1009-3044
CCoommppuutteerr KKnnoowwlleeddggee aanndd TTeecchhnnoollooggyy 电电脑脑知知识识与与技技术术
Vol.6,No.13, May 2010, pp.3546-3547,3552
E-mail: kfyj@ 第 6 卷第 13ht期tp://w(w2w01.d0nz年s.n5et月.cn)
2.3 UDF 计算比冲
出口比冲使用 UDF 自定义函数来实现。
#include "udf.h" /* 头文件 */ DEFINE_ON_DEMAND(on_demand_F) /* 宏定义 */ { real velocity,flux,F=0; /* 定义速度、流量和推力变量 */ Thread *t; /* 定义指向出口的指针 */ face_t f; /* 定义面变量 */ Domain *domain; /* 定义计算区域指针 */ domain=Get_Domain(1); /* 获取指针地址 */ t=Lookup_Thread(domain,7); /* 获取出口指针地址 */ begin_f_loop(f, t) /* 出口面循环开始 */ { velocity=F_U(f,t); /* 获得网格点速度 */ flux=F_FLUX(f,t)*2*3.1415926; /* 获得网格点的流量 */ F+=velocity*flux; /* 计算推力 */ } end_f_loop(f, t) /* 出口面循环结束 */ printf("F is %g\n",F); }
1 控制方程和数值模拟
1.1 假设条件
建立与选取能真实反映喷管内两相流动过程且具有足够计算精度的数学模型，是数学模拟的关键，模型假设如下： 在离散相粒子的流动过程中忽略了微粒的碰撞以及相互作用、沉积与冲刷等； 用 四 个 不 连 续 的 微 粒 直 径 （1.58μm、2.56μm、4.88μm、7.9μm）组 代 替 连 续 的 微 粒 直 径 分 布 。 该 Al2O3 颗 粒 直 径 都 在 1～10μm 之 间，做亚观尺寸微粒处理； 工质（推进剂产物）是匀相的，并且其组成在整个发动机燃烧室和喷管中都保持不变； 在穿过发动机壁方向无传热过程，因而是绝热流； 燃烧室内的燃气处于化学平衡状态，并且在喷管内不发生化学平衡的转移（模型中燃气用可压缩的空气代替）。 1.2 计算条件 某型导弹固体发动机喷管的特征参数为： 燃 烧 室 直 径 ：D＝0.2m。 喉 部 直 径 ：dt＝0.1m。 喉部位置：X＝1.1m 喷管出口直径：de＝0.2m 燃烧室温度：T＝3000K 气体常数：R＝315 燃气绝热系数：k＝1.33。 通过计算燃烧室的平衡压强为 6.32×106。
(1.Unit 91404 of PLA, Qinhuangdao 066001, China; 2.Yanshan University, Qinhuangdao 066004, China)
Abstract: Through Euler-Lagrangian discrete phase model of Fluent software, the two-dimensional two-phase flow numerical simulation of the solid rocket motor nozzle a certain type of missile propellants with aluminum was simulated and the simulation results were compared with the known fact. The experiment results show that the method has better simulation for two-phase flow.
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