4.7 方腔自然对流(8)

4.7方腔自然对流
4.7.1物理模型
一个边长为1m的正方形箱体，右墙温度为2000K，左墙温度为1000K，上下墙面绝热，重力方向向下，由于热重引起密度梯度，所以发展为浮力流。

箱中的介质具有吸收性和散射性的，，因此墙壁间的辐射交换因存在吸收被减弱，同时也因为介质的散射作用而增强了，所有墙壁被认为是黑体。

计算区域如图4-7-1所示。

图4-7-1 计算区域示意图
4.7.2在Gambit中建立模型
Step1：启动Gambit并选择求解器为Fluent5/6。

Step2：创建面
操作：→→
打开对话框，输入长度和宽度100，在Direction中选择XY Centered。

Step3：划分面网格
1．操作：→→
打开对话框如图4-7-2.
（1）在Edges中选择正方形的四个边；
（2）在Type中的下拉菜单中选择Successive Ratio；
（3）选中Double sided前面的复选框；
（4）输入Ratio1和Ratio2的值1.03；
（5）点击Apply确认。

图4-7-2 网格划分设置对话框图4-7-3 划分面网格设置对话框
2．操作：→→
打开对话框如图4-7-3所示，Internal size=1，其它保留默认。

Step4：设置边界类型
操作：→
●在Name栏输入边界名称wall-1，将Type栏选为Wall，在Entity栏选取Edges，并
选中方腔左边边线。

●在Name栏输入边界名称wall-2，将Type栏选为Wall，在Entity栏选取Edges，并
选中方腔右边边线。

●在Name栏输入边界名称wall-3，将Type栏选为Wall，在Entity栏选取Edges，并
选中方腔其它两条边线。

Step5：输出网格文件
选中Export 2-D mesh 前面的复选框，输出网格文件。

4.7.3求解计算
Step1：导入并检查网格
1．读入网格文件
操作：Fil e→Read→Case...
找到文件后，单击OK按键确认。

2．检查网格
操作：Grid→Check
注意最小体积不能为负值。

3．网格比例设置
操作：Grid→Scale...
在Gambit中，生成网格使用的单位是cm，在Grid Was Created In下拉菜单中，选取cm，然后单击Scale，关闭对话框。

4．显示网格
操作：Display→Grid...
方腔的网格图如图4-7-4所示。

图4-7-4 方腔网格图
Step2：选择计算模型
1．设置求解器
操作：Define→Models→solve...
保留默认求解器即可。

2．选择辐射模型
操作：Define→Models→Radiation...
打开对话框如图4-7-5所示，选择P1辐射模型。

图4-7-5 辐射模型选择对话框图4-7-6 操作环境设置对话框
2．操作环境的设置
操作：Define→Operating Conditions...
打开对话框如图4-7-6所示，选中Gravity前面的复选框，此时面板会自动展开，在Y值中输入-6.94e-5，在操作温度中输入1000。

Step3：定义流体材料性质
操作：Define→Materials...
打开对话框如图4-7-7所示，改变空气的物理属性。

（1）在Density下拉菜单中选择boussinesq，并输入密度值为1000。

（2）设置比热容为1.103e04；
（3）设置导热系数为15.309；
（4）设置粘度为0.001；
（5）设置吸收系数为0.2；
（6）保留S cattering Coefficient和Scattering Phase Function中的默认设置；
（7）设置热扩散系数为1e-5；
（8）点击Change/Create，然后关闭对话框。

图4-7-7 材料设置对话框
Step4：设置边界条件
操作：Define→Boundary Conditions...
1．设置左边壁面的温度
在Zone下面选择wall-1，它对应的边界条件类型为Wall，然后单击Set按键，打开wall-1边界条件设置的对话框如图4-7-8所示。

（1）单击Thermal选项卡；
（2）在Thermal Conditions下选择Temperature，并输入温度值1000K；
（3）点击OK关闭对话框。

图4-7-8 左边壁面温度设置对话框
2．设置右边壁面的温度
类似的，可设置右边壁面温度为2000K。

3．保留wall-3的默认设置
Step5：求解方法的设置及其控制
1．求解参数的设置
操作：Solve→Controls→Solution...
在Under-Relaxation Factors中设置P1为1，对其它项保持默认设置。

2．打开残差图
操作：Solve→Monitors→Residual...
打开残差设置对话框，选择Option下面的Plot。

3．流场初始化
操作：Solver→Initialize→Initialize...
打开对话框如图4-7-9所示，将温度设置为1500K，依次点击Init、Apply和Close按键。

图4-7-9 初始化设置对话框
4．保存case文件
操作：Fil e→Write→Case...
5.开始迭代
操作：Solver→Iterate...
在Number of Iteration（迭代次数）栏内输入200；点击Iterate开始计算。

图4-7-10 残差图
6.保存date文件
操作：Fil e→Write→Date...
计算收敛，保存Date文件。

4.7.4计算结果
1．显示速度矢量图
操作：Display→Vectors...
打开对话框如图4-7-11所示，在Scale项，将比例因数增加到3；增大Skip值为1；点击Display。

速度矢量如图4-7-12所示。

图4-7-11 显示速度矢量设置对话框
图4-7-12 速度矢量图
2．显示温度分布图
操作：Display→Contour...
打开“Contour”对话框，选中Filled，在Contour Of下拉列表中选择Temperature和Static Temperature，点击Display。

结果如图4-7-13所示。

图4-7-13 方腔内的温度分布图
3．显示水平中心线Y向的速度分布曲线
（1）创建水平中心线的截面
操作：Surface→Iso-Surface...
打开“Iso-Surface”设置对话框如图4-7-14所示。

在Surface of Constant下拉列表中选择Grid...和Y-Coordinate；点击Compute，在Min 和Max栏内将显示区域内x值的范围；在Iso-Values项填入0；在New Surface Name下填入名称y=0；点击Create。

图4-7-14 创建水平中心线设置对话框
（2）显示中心线上的Y向速度分布曲线
操作：Plot→XY Plot...
打开对话框如图4-7-15所示，定义Plot Direction向量为（1，0），在Y Axis Function中选择Velocity...和Y Velocity，选择Surfaces列表中的y=0，点击Plot。

结果如图4-7-16所示。

图4-7-15 中心线速度分布设置对话框
图4-7-16 中心线Y方向速度分布曲线图。