6 二维流动与传热的数值计算

3确定不同类型边界的交点和圆弧中心点

Ctrl+鼠标右键，在坐标网格上如上图所示，创建出 所需要的各点。
4 复制点

通过复制创建3个小管嘴外侧的2点，Y偏移3或-3

复制完毕之后按按右下角的按钮 整至显示整个网格如下：
，使工作区调
5 隐藏坐标网格显示

按照下图1~4将坐标网格线隐藏，以便于后面操作。

用同样方法，可以显示压力分布图和速度分布图

Display: Velocity Vector，显示速度矢量场，在弹出 的对话框中按照如下选择，并按Display按钮

重复操作以上1~6步骤按照下图的数目，将一个面的 组成各线进行等分划分。

按照下图1~4步骤划分出网格，第3步Shift+左键选 中要划分网格的面

按照上述同样的操作，将小管嘴矩形两边划分成5等 分，最后划分网格如下。
9 设置边界类型

按照右图1~7步骤设置边界类型 注意： 第3步要用鼠标右键选Edges类型； 第4步用Shift+鼠标右键选中热水进口 管嘴的最外边第5步要用鼠标右键选中 Velocity_inlet（速度入口）边界； 第6步输入入口的名字inlet1，然后按 Apply按钮增加一个入口。 重复1~7步骤，在第4步选中冷水入口 的边，在第6步输入名字inlet2，创建 冷水入口inlet2。 重复1~7步骤，在第4步选中混合水出 口的边，第5步选中的边界类型为 Outflow，在第6步输入名字outlet， 创建出口边界outlet


10 导出网格文件


File:Export : Mesh…，在弹出的对话框中输入要 导出网格文件的路径和文件名，框选2D Mesh，按 Accept按钮，将网格文件导出 最后用菜单命令File: Exit关闭Gambit回话，在退出 之前，Gambit会问是否保存当前的项目，点击Yes将 项目保存。
7 由线组成面

按下图1~4步骤，将线组成面，其中第3步，用Shift+鼠标 左键，选中组成各面的线，组成面的各直线，必须能构成一 个封闭的空间。

按照同样方法重复1~4的步骤，第4步选择小管嘴的各线， 将组成小管嘴的三个矩形也组成面，得到4个面如下：
8 划分各面的网格

划分网格首先要将组成各面各线按照一定的方式划分，按照 右图1~6步骤操作，第3步，用Shift+鼠标左键选中需要划 分的直线。第4步，用鼠标右键选则划分类型为interval count，即按照个数划分。 第1条边为20等分点。
三、用Fluent求解

用Fluent求解包括导入和检查网格、建 立求解模型、设置边界条件、求解、显 示计算结果等。
1 网格的导入和检查及有关操作

启动Fluent6后，在以下窗口中选2D求解器，后按 Run，进入Fluent。

Flie: Read: Case…，在打开对话框中，指定到在 Gambit中导出的网格文件e:\example\mixer.msh， 点击OK后，将网格文件导入到Fluent中。
6 由点创建直线和圆弧线

按照下图1~4步骤创建出一条直线，第3步Shift+鼠 标左键，选中直线两段的点

重复1~4步骤，创建出其他所需要的直线，结果如下图。 需要注意的是创建的直线时要选取最近的点，而且各直线不 能重叠，否则在后面将线组成面的操作中，这些直线不能构 成一个封闭的面。

按下图1~7步骤分别创建混合器的两段圆弧圆弧
二、利用Gambit建立计算模型
1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 新建一个项目文件 利用坐标网格创建节点 在两个节点之间创建直线 利用圆心和端点创建一段圆弧 由边创建面 对各条边定义网格节点的分布 在面上创建网格 定义边界类型 为Fluent 5/6输出网格文件
1 新建一个项目文件
用菜单命令Grid: Check检查网格，显示信息如下：

网格检查列出了X,Y的最大和最小值，同时还报告了 网格的其他特性，如单元格的最大体积、体积和最 小体积、面积等，报告的最小体积不能为负值，否 则Fluent无法进行计算。

为了保证网格质量，可以用菜单命令Grid: Smooth/Swap平滑和交换网格。在弹出对话框中 点击Smooth按钮，再按Swap按钮，重复操作，直到 报告中无需要交换的面为止。
2 建立求解模型


建立求解模型，包括选择求解器、设置湍流模型、 选择能量方程等步骤。 选择求解器：菜单命令Define: Models: Solver， 对话框显示如下：






Solver 求解器分为Segregated（分离）和Coupled （耦合）两种； Formulation（算法）有Implicit（隐式算法）和 Explicit显式算法两种； Space（空间属性）有2D（二维空间）和 Asisymmetric（轴对称空间）Axisymmetric Swirl （轴对称旋转空间）三种； Time（时间属性）分为Steady（定常流动）和 Unsteady（非定常流动）两种； Velocity Formulation（速度属性）有Absolute（绝对） 和Relative（相对）两种； 保持默认设置不变，点击OK关闭对话框。
5 求解

求解过程包括流场初始化、设置监视 器、迭代计算等步骤


流场的初始化：菜单命令Solver: Initialize: Initialize…， 对话框显示中，选择从inlet2开始计算如下： 点击Init按钮进行初始化之后，再点击Close按钮关闭该对 话框。


设置监视窗口：在求解时，所关心的是出口的温度、速度是 否达到稳定，为此Fluent可以设置监视器，对所关心界面的 物理量进行监视。 Solver: Monitors: Surface，在监视器对话框中设置如下

Grid Check Domain Extents: x-coordinate: min (m) = -1.000000e+001, max (m) = 1.000000e+001 y-coordinate: min (m) = -1.300000e+001, max (m) = 1.300000e+001 Volume statistics: minimum volume (m3): 1.101666e-001 maximum volume (m3): 9.046541e-001 total volume (m3): 4.139058e+002 Face area statistics: minimum face area (m2): 2.889270e-001 maximum face area (m2): 1.059550e+000 Checking number of nodes per cell. Checking number of faces per cell. Checking thread pointers. Checking number of cells per face. 。。。


将Surface Monitors增加1之后，选上Plot，然后按Define 按钮，按照下图设置，在定义监视器对话框，设置成监视 outlet的平均重量加权温度，并且在窗口中显示出来。 以上设置完成之后，可以通过用菜单命令File: Write: Case…将该项目保存。

用菜单命令Solver:Iterate…，在显示的对话框中 将Number of Iterations（迭代次数）输入300次， 点击Iterate开始计算。

Grid: Scale确定长度单位，在弹出的对话框中将 Grid Was Create in中选成cm，然后点击Change Length Units 按钮，最后点击Scale按钮，对话框 显示如下图，最后按Close按钮关闭对话框。

最后用菜单命令Display: Grid，在对话框中按 Display按钮，将网格显示出来
4 设置边界条件

Define: Boundary Conditions…打开对话框如下，在 Gambit设置的三个边界类型inlet1、inlet2和Outlet之外， 还有fluid（流体）和壁（wall）这两种边界属性。

左侧栏中选中fluid，右侧类型中选fluid，按Set按钮，流体 对话框显示如下，将Material Name选择water-liquid（这 是我们刚才设置流体属性时，从Fluent材料库中复制过来的 流体），然后按OK按钮。





Fluent读入网格文件时，会在信息反馈窗口内显示如 下信息： > Reading "E:\Example\mixer.msh"... 866 nodes. 130 mixed wall faces, zone 3. 5 mixed velocity-inlet faces, zone 4. 5 mixed velocity-inlet faces, zone 5. 1520 mixed interior faces, zone 7. 795 quadrilateral cells, zone 2. 。。。。

左侧栏选上inlet1按钮，发现右侧类型栏中为Veloctiy Inlet，这是我们在Gambit下设置的类型，按Set按钮，在 弹出的对话框中按下图，设置该入口边界条件后按OK按钮。



用同样的方法可以设置好outlet2的入口边界条件， 温度为350K，其他与outlet相同。 出口的边界条件保持默认值如下。 壁面（wall）的边界条件保持默认值（热流量为0） 即可。
二维流动与传热的数值计算
长沙理工大学能动学院 周鹏展
内
容
一、二维流动与传热问题描述
二、利用Gambit建立计算模型 三、利用Fluent-2D求解器求解
一、问题描述


一个冷热水混合器内部 流动与热量交换问题。 混合器的长宽均为20cm， 上部带3cm的圆角，温 度为T=350K的热水自上 部的热水管嘴流入，与 下部右侧的管嘴流入的 温度为290K的冷水再混 合器内进行热量与动量 交换后，自下部左侧的 小管嘴流出。

设置的监视窗口显示如下，在计算到约150次后出口 截面上已经达到稳定状态，计算完成。
6 显示计算结果

通过Display: Contours命令，打开Contours对话框

在Contours of栏下选择Temperure，按Display按钮， 则温度分布图显示如下，如果将Options中的Filled （填充）去掉，则温度分布图入右图显示。
3 设置流体的物理属性
设置流体的物理属性，可以从Fluent数据库中 选用，也可以新建一种新流体，并且输入流 体的密度、等压比热、导热系数、动力粘度 等物理属性。

3 设置流体的物理属性

Define: Materials显示Materials对话框如下：


右侧按钮Fluent Database选取数据库中的流体，在选择 water-liquid（H2O）后，流体的各物理属性显示在下，按 Copy按钮，再按Close。 按Change/Create按钮将材料设置为water-liquid后，按 Close 。

设置湍流模型：用菜单命令Define: Models: Viscous对话框显示如下：
Inviscid表示无粘（理想）流体；Laminar表示层流模型； 另外4个为常见的湍流模型。在这里选择k-epsilon后，按 OK按钮，将显示对话框如下，点击OK保持默认值。


选择能量方程：菜单命令Define: Models: Energy， 打开对话框中，勾选上Energy Equation，并按确定 按钮。
① 新建工作目录，如c:\works ② File:NewID输 入c:\works\mixer ③ 选择求解器SolverFluent 5/6
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2 创建坐标网格


ToolsCoordinate systemDisplay Grid
先创建X坐标的网格，在第3步选X，完成4、5步骤后，再重 复1~5步骤，再选Y，最终得到XY从-10到10的坐标网格。