Fluent Tutorials｜05 混合弯管中的流动和传热

本算例演示利用Fluent求解计算混合弯管中三维湍流流体流动和传热问题的基本过程与步骤。

1 问题描述

本算例要考虑的问题如下图所示。20℃的冷流体通过大的入口流入管道，并与位于弯头处的较小入口流入的40℃的热流体混合。管道几何尺寸以英寸为单位，流体性质和边界条件以国际单位制单位给出。大入口处的流动雷诺数为50800，因此计算过程中需要使用湍流模型。

2 网格生成

本案例网格采用Fluent Meshing生成。

• 以Double Precision方式启动Fluent Meshing
• 启用Watertight Geometry工作流程

此时模型树节点如下图所示。

• 点击模型树节点Import Geometry，如下图所示设置
• 设置Units为in
• 指定File Name为elbow.scdoc
• 软件自动导入几何文件

• 进入Add Local Sizing面板，保持默认参数，点击Update按钮

• 进入面网格参数设置面板，保持默认参数，点击按钮Generate the Surface Mesh生成面网格

• 进入几何描述面板，设置Geometry Type为The geometry consists of only fluid regions with no voids，如下图所示，点击按钮Describe Geometry

• 进入边界类型确认面板，如下图所示设置边界类型

• 进入计算区域类型设置面板，如下图所示设置计算区域类型为fluid

• 如下图所示指定边界层参数

• 如下图所示指定体网格尺寸，并生成体网格

• 体网格如下图所示

• 利用菜单File → Write → Mesh... 保存网格文件elbow.msh
• 点击按钮Switch to Solution切换到求解模式

3 Fluent设置

3.1 General设置

• Domain → Mesh → Scale... 打开网格缩放对话框，设置View Length Unit In为in

• General面板保持默认设置，如下图所示

3.2 Models设置

• 开启能量方程

• 指定使用SST k-omega湍流模型

3.3 Materials设置

• 从材料数据库中添加材料介质water-liquid

3.4 设置计算区域

• 指定计算区域中的材料介质为water-liquid

3.5 边界条件设置

• 指定入口边界cold-inlet的入口速度为0.5 m/s

• 指定边界cold-inlet的温度为293.15 K

• 指定边界hot-inlet的入口速度为1.2 m/s

• 指定边界hot-inlet的温度为313.15 K

• 指定出口参数，如下图所示

3.6 Methods设置

• 采用默认计算方法

3.7 物理量监测

• 监测出口位置的平均温度

3.8 初始化计算

• 采用Hybrid初始化

3.9 迭代计算

• 设置迭代计算150 步，如下图所示

• 监测得到的出口平均温度变化如下图所示

3 计算结果

• 对称面上温度分布

• 对称面上速度分布

• 创建等值面（事实上相当于创建了一个z=0的面与outlet面的交线）

• 指定绘制线上温度分布

• 温度分布如下图所示

• 创建自定义变量

• 定义新的变量dynamic-head

• 查看对称面上动压分布

• 动压分布如下图所示

• File → Write → Case & Data... 保存文件elbow1.cas.h5

4 网格自适应

• 初级一个新的Field Variable

• 定义网格自适应标准

• 点击工具栏按钮Domain → Adapt → Refine / Coarsen... 打开网格自适应对话框
• 如下图所示设置网格自适应控制
• 设置Refinement Criterion为curvature_0
• 点击按钮Adapt
• 点击按钮OK关闭对话框

• 自适应后的网格如下图所示

• 重新迭代计算150 步

• 计算得到的对称面上温度分布如下图所示

• 统计两次计算z=0_outlet上温度分布