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fluent流--固耦合传热.pdf


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一两端带法兰弯管置于大空间内,管外壁与空气发生自然对流换热;
内通烟气并与管内壁发生强制对流换热。结构和尺寸及其它条件如图。计
算任务为用计算流体力学/计算传热学软件 Fluent 求解包括管内流体和管壁
固体在内的温度分布,其中管壁分别采用薄壁和实体壁两种方法处理。
所需的边界条件采用对流换热实验关联式计算。
要求在发动机数值仿真实验室的计算机上完成建立几何模型、生成计算网
格、建立计算模型、提交求解、和结果后处理等步骤,并分别撰写计算任
务的报告,计算报告用计算机打印。
计算报告包括以下与计算任务相关的项目和内容:
(1)............................... 传热过程简要描述包括传热方式、流动类型等;
(2)计算方案分析包括所求解的控制方程及其简化、边界条件及其确定方
法和主要计算过程;
(3)计算网格简报包括网格划分方案、单元拓扑、单元和节点数量、网格
质量等;
(4)计算模型描述包括流体物性、边界条件、湍流模型、辐射模型及近壁
处理等;
(5)求解过程简报包括求解方法、离散格式、迭代过程监控、收敛准则等;
(6)............................................... 计算结果及分析给出下列图表和数据:
w 纵剖面和中间弯管 45°方向横剖面上的温度、温度梯度、速度分布图,以
及法兰和中间弯管处的局部放大图。
w 管内壁面上的温度、热流密度和表面传热系数分布,包括三维分布和沿
管长度方向上的分布。
w .................................................................................................. 总热流量。
w 由 2 种数值计算方法求得管内外烟气和空气之间换热的平均传热系数和
烟气出口温度,并与工程算法得到的数值对比。
1、传热过程简述
计算任务为用计算流体力学/计算传热学软件 Fluent求解通有烟气的法兰弯管包括
管内流体和管壁固体在内的温度分布,其中管壁分别采用薄壁和实体壁两种方法处理。
在进行分析时要同时考虑导热,对流,热传递三种传热方式。
(1)、直角弯管内外壁间的热传导。注意:如果是按薄壁方法处理时不用考虑该
项,此时管壁厚度可以忽略,内壁和外壁温差几乎为零。
(2)、管子外壁与环境发生的自然对流换热。由于流体浮生力与粘性力对自然对
流的影响,横管与竖管对流换热系数略有不同的。计算公式也不一样。同时,还有内壁
同烟气发生的强制对流换热。
(3)、管子外壁和大空间(环境)的辐射换热
通过进气温度和流量,我们可以推断出管内烟气为湍流流动。这在随后的计算中可
以得到证实。
2、计算方案分析
(1)、控制方程及简化
质量守恒方程:
∂ρ w ∂∂ρρ v ∂(ρ u ) ( ) ( )
= + + + 0
z ∂ y ∂∂ x ∂ t
它表述的是单位时间内流体微元体中质量的增加,等于同一时间间隔内流入该微元
体的净质量。
对定常不可压缩流动该方程可简化为
∂ w ∂ v ∂ u
= + + 0
∂ z ∂ y ∂ x
动量守恒方程:
∂(ρ u ) ∂ p
−+ = µ + gradu div div Uu S (ρ) ( )
∂ x ∂ t u
∂(ρ v ) ∂ p
−+ = µ + gradv div div Uv S (ρ) ( )
∂ y ∂ t v
∂( ρ w ) ∂ p
−+ = µ + div gradwdivUw S (ρ) ( )
∂ z ∂ t w
该方程的依据是,微元体中的流体的动量对时间的变化率等于外界作用在该微元体上
的各种力之和。式中 S u 、 S v 、 S w 是动量方程中的广义源项。和前面一样上式可以简化
为:
∂ p ∂ u 1
−= g+ ra d iv d u Uiv u ( ) (ν)
∂ x ∂ t ρ
∂ p ∂ v 1
−= g+ ra d iv dd v Uiv v ( ) (ν)
∂ y ∂ t ρ
∂ p ∂ w 1
−= + g ra d iv d d Uiv w w ( ) (ν)
∂ z ∂ t ρ
能量守恒方程
其依据四能量守恒定律:微元体中能量的增加率等于进入微元体的净热流量加上体
力与面力对微元体所做的功。
∂ρ w∂ h ρ vh ∂ρ u h ∂(ρ h ) ( ) ( ) ( )
+ Φ+ + = −+ + + S gp ra d d ivU iv d

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  • 上传人化工机械
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  • 时间2013-01-19