基于fluent圆管数值模拟
基于Fluent的低雷诺数突扩圆管流场的数值模拟_许自顺
0 引言
当固体边界形状突然改变时，引起原有水流 内部结构的改变，从而产生漩涡等现象。在边界改 变之后，水流还要重新调整以适应均匀流条件。突 扩回流由于流体的惯性和突然扩大的边界条件，在 管壁拐角与主流束之间成分离和回流区，会引起压 力降低和能量损失 [1]。突然扩张管道在能源、动
基金项目：国家科技支撑计划子课题 (2015BAF07B04 ) 作者简介：许自顺（1990 -）, 男，山东菏泽人，硕士 研究生，主要从事动力机械的研究。 收稿日期：2015 - 10 - 14
动，操作压力选用标准大气压，求解压力速度采取 SIMPLE 算法，采取标准 k-ε模型，动量方程用二 维迎风格式离散，亚松弛迭代因子定为压力修正项 取 0.3，动量修正项选 0.7。连续性方程和动量方程 收敛残差标准均为 10-3，从速度入口为计算起始点 展开计算[4]。
3 求解及结果分析
3.1 不同雷诺数下的突扩管模拟 首先计算扩张比一定时管道内流场随 Re 的变 化规律，取 e = 2 的物理模型， D1 = 100 mm，D2 = 200 mm，分 别 取 雷 诺 数 Re = 20，Re = 50，Re = 100，Re = 150 四种入口情况进行计算。以 Re = 20 为例，计算经 183 次收敛。残差监视图见图 2。
fluent 案例教程-1圆管层流流动加有障碍通道内流动模拟
3.3 实验一：管内层流流动数值计算3.3.1 计算目的1、初步掌握软件的操作与边界条件设置方法；2、通过模拟计算了解圆管层流的入口段流动与充分发展段流动特点及边界层在入口处生长，然后，不断增加，直至两边相交于管中心线（管子足够长），管段进入充分发展段，在充分发展段形成抛物线分布等知识。
3.3.2 物理问题流体在水平圆管内流动，管径D =0.2 m 管长 L =8 m. 入流速度V in =1 m/ s 截面上速度认为一致，密度ρ=1 kg/ m 3, 粘性系数 µ= 2 x 10-3kg/(ms ). 雷诺数Re 100avg V D ρµ==，其中：V avg =1m/s 为入口平均速度, 应用Fluent 求解。
3.3.3 具体操作在GAMBIT 中创建如下物理模型。
首先，利用轴对称图形，我们创建四个节点。
然后连接各相邻节点，形成矩形。
再形成面。
运行GAMBIT ，选择求解器为Fluent5/6。
3.3.3.1 创建节点与面 （1）创建节点：（（0,0.1进入界面：操作：> Vertex Command Button > Create Vertex进入界面：x=0；y=0；z=0，点击Apply. 便创建了vertex.1 (0,0,0)点。
重复操作，创建：V ertex 2: (0,0.1,0)，Vertex 3: (8,0.1,0)，Vertex 4: (8,0,0) 二维问题，Z轴省略默认为赋值为0。
操作：Global Control > Fit to Window Button可以查看整个图形，如下：（2）将节点连成线操作：> Edge Command Button > Create Edge选择矩形的两个点，点击Apply。
重复以上操作，可得4条线，得到一个矩形：（3）创建面操作：> Face Command Button > Form Face按下SHIFT键，鼠标点击每条边线，释放SHIFT键，则边线被选取，另外也可用以下方法进行操作：点击Edges右边的箭头：调入Edge List 窗口：点击ALL，选择所有边线，如下图。
基于Fluent的高速旋转圆盘表面流场的数值模拟
机 械 设 计 与 制 造
Ｍａ ｃ ｈ ｉ ｎ ｅ ｒ ｙ Ｄｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ＆ Ｍａ ｎ ｕ ｆ ａ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ７
基于 Ｆ ｌ ｕ ｅ ｎ ｔ 的高速旋转 圆盘表 面流场的数值模拟
李俊妮 ， 一 ， 栗秀萍 １ ， ２ 刘有智 ． 一 ， 涂传璞
Ｓ ｈ ａ ｎ ｘ ｉ Ｐ ｒ ｏ ｖ ｉ ｎ ｃ ｅ ｆ ｏ ｒ Ｈｉ ｇ ｈ Ｇ ｒ ａ ｖ ｉ ｔ ｙ Ｃ ｈ ｅ ｍｉ ｃ ａ ｌ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ａ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ， Ｓ ｈ ａ ｎ ｘ ｉ Ｔ ａ ｉ ｙ ｕ ａ ｎ ０ ３ ０ ０ ５ １ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ： Ｈｉ ｇ ｈ ｓ ｐ ｅ ｅ ｄ ｒ ｏ ｔ ａ ｔ ｉ ｎ ｇ ｄ ｉ ｓ ｋ ｓ ｉ ｔ ｈ ｅ ｍ ｏ ｓ ｔ ｔ ｙ ｐ ｉ ｃ ａ ｌ ｂ ａ ｓ ｉ ｃ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ｅ ｌ ｅ ｍ ｅ ｎ ｔ ｏ ｆｒ ｏ ｔ ｔｉ ａ ｎ ｇ ｍ ｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ ｄ ｅ ｖ ｉ ｃ ｅ ｓ ， ａ ｎ ｄ ｉ ｔ ｓ ｉ ｗ ｉ ｄ ｅ ｌ ｙ
入口 速度 、 圆盘半径 以 及 不同液体等 因 数 对其表面流场 的影响 ， 最后将计算结果进行可视化显示 ， 并进行 深入地研究分
析。
关键词 ： Ｆ ｌ ｕ ｅ ｎ ｔ ； 高速旋转圆盘 ； 流场 ； 数值模拟
中图分 类号 ： Ｔ Ｈ１ ６ ； Ｏ ３ ５ ３ ； Ｔ Ｂ ７ ５ ２ ＋ ． ２ ５ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： １ ０ ０ １ — ３ ９ ９ ７ （ ２ Ｏ １ ３ ） ０ ２ － ０ ０ ０ ７ － ０ ５
沿程损失阻力系数的FLUENT数值模拟计算报告 李济然
沿程损失阻力系数工程力学2007级李济然 20071210114 一概述：沿程损失水流流动过程中，由于固体壁面的阻滞作用而引起的摩擦阻力所造成的水头损失。
流体流动中为克服摩擦阻力而损耗的能量称为沿程损失。
沿程阻力损失与长度、粗糙度及流速的平方成正比，而与管径成反比，沿程能量损失的计算公式是:h r=λv2/(2dg)其中：l为管长，λ为沿程损失系数，d为管道内径，v2/(2g)为单位重力流体的动压头（速度水头），v为流体的运动粘度系数。
沿程损失能量损失的计算公式由带粘性的伯努利方程:v12/(2g)+p1/(ρg)+z1=v22/(2g)+p2/(ρg)+z2+h f推出:h f=(p1-p2)/ (ρg)其中：v22/(2g)——单位质量流体的动能（速度水头）。
流体静止时为0。
Z ——单位质量流体的势能（位置水头）。
p/(ρg)——单位质量流体的压力能（压强水头）。
又由量纲分析的π定理，得出Δp/(ρV2/2)=λL/d，计算出达西λ=f(Re)由于摩擦因子λ=2Δpd/(LρV2)，则h f=λLV2/(2gD)d Re=Vd/v和v=μ/ρ，则λ=f(Re d)湍流光滑管的沿程损失系数按卡门一普朗特（Karmn-Prandtl）公式:1/λ1/2=2lg(Reλ1/2)-0.8当105＜Re＜3×106时，尼古拉兹的计算公式为:λ=0.0032+0.221Re-0.2371．湍流粗糙管过渡区 :26．98（d/ε）8/7＜Re＜2308（d/ε）0.85为湍流粗糙管过渡区。
该区域的沿程损失系数与按洛巴耶夫（Б.H.Лo6aeв）的公式进行计算，即λ=1.42[lg(dRe/ε)]-2=1.42[lg(1.273qv/vε)]-22．湍流粗糙管平方阻力区:2308(d/ε)0.85<Re为湍流粗糙管平方阻力区。
沿程损失系数与雷诺数无关，只与相对粗糙度有关。
平方阻力区的沿程能量损失可按尼占拉兹公式:1/λ1/2=2lg(d/2ε)+1.74关于沿程损失最著名的是尼古拉茨在1932～ 1933年问所做的实验(右图为实验装置图)。
基于Fluent软件的热处理数值模拟仿真工程
基于Fluent软件的热处理数值模拟仿真工程热处理是一种常用的工艺，用于改善材料的力学性能和耐热性。
在热处理过程中，经过加热和冷却过程，材料的内部组织和性能会发生变化。
为了更好地理解和优化热处理工艺，数值模拟仿真成为一种重要的手段。
在本文中，我们将介绍基于Fluent软件的热处理数值模拟仿真工程，探讨其原理、方法和应用。
首先，我们需要了解Fluent软件的基本原理和特点。
Fluent是一种流体力学软件，它基于计算流体力学（CFD）方法，可以模拟并分析流体流动和传热现象。
在热处理数值模拟中，Fluent可以用于建立材料的三维几何模型，并通过求解传热和质量传输方程，预测材料的温度场分布和相变过程。
在进行热处理数值模拟之前，我们需要收集和准备相应的物理参数和边界条件。
具体而言，包括材料的热物性参数（如热导率、比热容）以及外部边界的温度变化情况。
这些参数将直接影响数值模拟的精度和结果。
接下来，我们通过Fluent软件建立材料的三维几何模型。
首先，导入材料的CAD模型，进行网格划分以描述材料的几何形状。
网格划分的精度和质量对于数值模拟的准确性至关重要。
合适的网格密度和划分方法可以确保模拟结果的可靠性。
完成材料的几何建模后，我们将设置边界条件和物理模型。
边界条件主要涉及外部温度的设定，以模拟热处理过程中的加热和冷却。
物理模型包括传热和质量传输方程的设定，以及相应的辅助方程，如能量方程和质量守恒方程。
一旦建立了几何模型和物理模型，我们可以对热处理过程进行数值模拟。
Fluent软件内部采用有限体积法来离散化方程，并通过迭代求解得到结果。
在求解过程中，Fluent可以提供温度场分布、相变情况、流体流动情况等多种结果参数，以帮助分析和评估热处理工艺的效果。
热处理数值模拟的目的在于优化工艺参数，提高材料的性能。
通过对数值模拟结果的分析，我们可以评估不同工艺参数对于材料的影响，进而确定最优的工艺条件。
例如，我们可以通过调整加热温度和保温时间，来控制材料的晶粒尺寸和相变行为。
基于FLUENT的翼型管道静态混合器的流场仿真模拟
基于FLUENT的翼型管道静态混合器的流场仿真模拟摘要：本文是通过FLUENT[1]来模拟分析翼型管道静态混合器的内部流场，使应用广泛的静态混合器的混合效果得以优化。
简要分析翼片的排数和倾角、翼片的结构以及翼片的排列方式对混合效果的影响。
模拟结果表明：内置3排45°角长翼片错排结构形式的翼型静态混合器综合混合效果较优。
关键词：管道静态混合器；翼片；FLUENT；流场模拟翼型管道静态混合器的混合机理：流体在自身所具有的动能和势能下，以一定的速度沿轴线方向流进混合管，翼型静态混合器内的任意一个叶片将所在周期的流体分成四股彼此独立的流体，这四股流体沿着翼型叶片向相同的轴向的方向分流。
本文中，翼型管道静态混合器中的物料选用两相互不相溶的液体，低速流入静态混合物的翼片元件中，通过FLUENT来模拟分析翼型管道静态混合器的内部流场。
一、静态混合元件结构文献[2]中实验得知：相比矩形翼片，梯形叶片能产生更佳的混合效果，因此首选梯形叶片。
静态混合元件采用薄板内嵌在混合器管道内壁上，在此混合器内壁上定性的画上3排翼片依次等距排列，药剂入口的设计为内插式，为方便混合浓度的测定，需在该翼型静态混合器之后连接一个取样器，本取样器采用静态液-液取样。
二、静态混合器混合效果与长度的关系查阅文献[3]可知，湍流情况下，混合效果与混合长度没有关系。
层流时，混合长度与混合效果有很大关系，一般需要根据混合效果确定混合长度。
本文选用液液互不相溶的两相流体相混合，初设叶片的角度变化范围为0°-180°，在同一截面上等角度的分布4个大小一样的叶片。
流体的流动是低速低压，初步定性混合器长径比L / D=5，内径D i=400mm，管长L=2m。
用FLUENT模拟内部流场，影响两相液体混合效果的因素主要有：1、翼片在管道内部的排数；2、翼片在管道内部与内壁的倾角大小；3、翼片的具体结构形式；4、翼片的排列方式。
基于Fluent的三通管数值模拟及分析
第40卷第2期 当 代 化 工 Vol.40，No. 2 2011年2月 Contemporary Chemical Industry February，2011收稿日期： 2010-08-17作者简介： 魏显达（1983-），男，硕士，黑龙江北安人，2007年毕业于大庆石油学院电子信息工程，研究方向：塔顶流出系统的腐蚀与防基于 Fluent 的三通管数值模拟及分析魏显达，王为民， 徐建普（辽宁石油化工大学石油天然气工程学院， 辽宁 抚顺 113001）摘 要：Fluent 软件作为流体力学中通用性较强的一种商业CFD 软件应用范围很广。
通过利用Fluent 计算流体动力学（CFD）的软件，对石油工业系统中常见的三通管内部流体进行了模拟分析，得到了三通管内在流体流动时的速度、压力和温度场分布图，为石油管道中的流体输送提供了理论依据。
关 键 词：Fluent；三通管；模拟分析；分布图中图分类号： TQ 018 文献标识码： A 文章编号： 1671-0460（2011）02-0165-03Numerical Simulation and Analysis of Fluid in Three-wayConnection Pipe Based on Fluent SoftwareWEI Xian-da ，WANG Wei-min ，XU Jian-pu(Institute of Petroleum and gas engineering , Liaoning Shihua University, Liaoning Fushun 113001，China ）Abstract : As a commercial CFD software with good universality, the Fluent software has been used extensively. In this paper, Simulation analysis on fluid in the three-way connection pipe of the oil industry was carried out by the software of fluid mechanics computation .Then distribution graphs of velocity , pressure and temperature of fluid in the three-way pipe were gained ，which can offer theoretical basis on fluid transportation in the petroleum pipeline. Key words : Fluent three-way ；Connection pipe ；Simulation analysis ；Distribution graphsFluent 是目前国际上比较流行的商用CFD 软件包，在美国的市场占有率为60%，广泛应用于流体、热传热和各种化学反应等有关工业。
FLUENT算例 (3)三维圆管紊流流动状况的数值模拟分析
三维圆管紊流流动状况的数值模拟分析在工程和生活中，圆管内的流动是最常见也是最简单的一种流动，圆管流动有层流和紊流两种流动状况。
层流，即液体质点作有序的线状运动，彼此互不混掺的流动；紊流，即液体质点流动的轨迹极为紊乱，质点相互掺混、碰撞的流动。
雷诺数是判别流体流动状态的准则数。
本研究用CFD 软件来模拟研究三维圆管的紊流流动状况，主要对流速分布和压强分布作出分析。
1 物理模型三维圆管长2000mm l =，直径100mm d =。
流体介质：水，其运动粘度系数62110m /s ν-=⨯。
Inlet ：流速入口，10.005m /s υ=，20.1m /s υ= Outlet ：压强出口Wall ：光滑壁面，无滑移2 在ICEM CFD 中建立模型2.1 首先建立三维圆管的几何模型Geometry2.2 做Blocking因为截面为圆形，故需做“O ”型网格。
2.3 划分网格mesh注意检查网格质量。
在未加密的情况下，网格质量不是很好，如下图因管流存在边界层，故需对边界进行加密，网格质量有所提升，如下图2.4 生成非结构化网格，输出fluent.msh等相关文件3 数值模拟原理紊流流动当以水流以流速20.1m /s υ=，从Inlet 方向流入圆管，可计算出雷诺数10000υdRe ν==，故圆管内流动为紊流。
假设水的粘性为常数（运动粘度系数62110m /s ν-=⨯）、不可压流体，圆管光滑，则流动的控制方程如下：①质量守恒方程：()()()0u v w t x y zρρρρ∂∂∂∂+++=∂∂∂∂ (0-1)②动量守恒方程：2()()()()()()()()()()[]u uu uv uw u u ut x y z x x y y z z u u v u w p x y z xρρρρμμμρρρ∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂+++=++∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂'''''∂∂∂∂+----∂∂∂∂ (0-2)2()()()()()()()()()()[]v vu vv vw v v v t x y z x x y y z z u v v v w px y z yρρρρμμμρρρ∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂+++=++∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂'''''∂∂∂∂+----∂∂∂∂ (0-3)2()()()()()()()()()()[]w wu wv ww w w w t x y z x x y y z z u w v w w px y z zρρρρμμμρρρ∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂+++=++∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂'''''∂∂∂∂+----∂∂∂∂ (0-4)③湍动能方程：()()()()[())][())][())]t t k k t k k k ku kv kw k k t x y z x x y yk G z zμμρρρρμμσσμμρεσ∂∂∂∂∂∂∂∂+++=+++∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂+++-∂∂ (0-5)④湍能耗散率方程：212()()()()[())][())][())]t t k k t k k u v w t x y z x x y y C G C z z k kεεμμρερερερεεεμμσσμεεεμρσ∂∂∂∂∂∂∂∂+++=+++∂∂∂∂∂∂∂∂∂∂+++-∂∂ (0-6)式中，ρ为密度，u 、ν、w 是流速矢量在x 、y 和z 方向的分量，p 为流体微元体上的压强。
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已知：圆管的横截面半径0.1m，长度为1m，水流以1m/s的速度从圆管的一端进入。
用fluent模拟管进出口流场模拟。
步骤：
1、用solidworks 画直径为100mm，长度为1000mm的图，另存为1.X_T格式，然后导入ICEM，导入步骤如下图：
选择单位为：Millimeter ，导入ICEM后如下图：
2、创建part，右击模型树Model/Parts/Creat Part，设置part的进口IN，出口OUT,管壁WALL。
Part设置完成后删除没有几何元素的空Part如下图：
创建几何图形的拓扑结构，如下图：创建Body，如下图：
3、定义网格参数
3.1 定义全局网格参数3.2 定义体网格全局参数
3.3 定义棱柱网络全局参数
保存几何模型。
File-geometry-save geometry as ,保存当前几何模型为1.tin
4、生成网格
4.1 生成网格
4.2 检查网络质量
质量检测结果，如下图：
4.3 导出网格
File-mesh-save mesh as,保存当前的网格文件为dz.uns。
步骤如下图：
5、求解计算
打开FLUENT，选择三维求解器
FILE--READ--CASE ，选择生成的网格dz.msh，如下图：
在fluent中的步骤如下图：
求解结果如下图：进口速度模拟：
出口速度模拟：。