基于FLUENT的炮弹三维流场数值模拟毕业设计说明书
潜艇武器发射系统发射控制阀三维流场数值仿真
潜艇武器发射系统发射控制阀三维流场数值仿真本文主要介绍潜艇武器发射系统发射控制阀的三维流场数值仿真。
该系统是潜艇的重要组成部分，用于控制潜艇的武器发射，在潜艇的战斗效能中发挥着重要的作用。
针对潜艇武器发射系统发射控制阀的特点和工作原理，本文基于CFD软件，利用三维流体动力学数值仿真方法，对发射控制阀的流场进行分析和优化设计。
在仿真过程中，我们首先进行了潜艇发射控制阀结构的建模和网格生成工作，保证了仿真的准确性和可靠性。
然后，我们通过数值模拟计算，得到了发射控制阀在不同工况下的流场分布和特性，对发射控制阀的关键参数进行了分析和评估。
仿真结果显示，在不同工况下，潜艇武器发射系统发射控制阀的流场分布和特性存在较大差异。
在优化设计过程中，我们针对这些差异，采取了一系列的优化措施，包括改善流场分布、优化流形设计、优化材料选用等，从而降低了系统的阻力、提高了系统的稳定性和耐用性。
在本文的三维流场数值仿真分析中，我们深入研究了潜艇武器发射系统发射控制阀的流场特性和优化技术，为潜艇武器发射系统的设计和优化提供了重要的参考和指导，有利于提高潜艇的战斗效能和作战能力。
为了更好地理解潜艇武器发射系统发射控制阀的三维流场数值仿真结果，我们需要进行数据分析。
在本文中，我们将介绍一些关键的仿真数据，包括流量、压力、速度分布等。
这些数据对于了解发射控制阀的性能和优化具有极大的参考价值。
首先，我们来看流量方面的数据。
在仿真中，应用不同的边界条件，模拟潜艇武器发射系统发射控制阀在不同条件下的流量。
通过统计仿真结果，我们可以得到流量随时间、位置的变化情况。
在设计优化过程中，流量是一个非常重要的参数，我们需要确定流量的最佳值，以实现有效的武器发射控制和高效的能量利用。
因此，我们需要对流量进行详细的分析和评估。
接下来，我们来看压力方面的数据。
在仿真中，我们可以得到每个流场单元的压力。
通过分析流场压力的分布和变化，我们可以了解到发射控制阀在不同条件下的压力状态，进而针对其压力特性进行调整和优化。
基于Fluent的除鳞喷嘴内部流场数值模拟
付曙光 ，卢云： 。程 翔 丹’
Ｆ Ｓｈ ． ｕ ｇ１ Ｌ Ｙｕ ． ａ ’ ＣＨＮＧ ａ ｇ Ｕ ｕ ｇ ａｎ ， Ｕ ｎ ｄ ｎ 。 Ｘｉｎ ２
（． １ 武汉科技大学 机械 自动 化学 院 ，武汉 ４ ０ ８ ；： 武钢集 团国际经济贸 易总公 司 ，武汉 ４ ０ ０ ） ３０ １ ２ ． ３ ０ ０
（ ２ ）
２
－ｔ
对 于 圆柱 形 流道 的除 鳞 喷嘴 ，即 ：丌 Ｘ Ａ ， 并假 设 Ｐ＝ ，由公 式 （）（） １、２可得 出 ：
（） ３
对 应 射，ｔ２） ， 工 用 流 ：Ｐ１ 程 水 由ｔ（ ＝同 Ｉ ， Ｐ－ ＝￣
图 １ 喷 嘴 结 构
时将 ｐ ９ ８ ＝ ９
为低 压高 速射 流 的关键 元件 ，其 结构 、喷 口形 状 对 水射 流 的出流 速度 ，射流 束形 状 ，打 击 力大小 及其 分 布 有着重 要 影 响Ｉ。 “
数 对喷 嘴 的 出流 速 度 、打 击 力分布 有 着至 关重 要 的
影 响 。ａ ６ 。 ，喷嘴 当量 直径 ｄ ２３ ｍ和 出 口扩张 ＝０ ＝． ａ ｒ
相对静压为零 （ 即大气压 ） ；喷嘴内壁定义为 ｗ ｌ （ ａ 固 ｌ 壁 ）类型 ，采用无滑移边界条件 ；射流介质为水 ，常
温下其 密度为 １０ ｋ／ ， ００ ｇ ｍ３ 运动黏度为 １ ０ Ｘ １６ ２ 。 ． ４ ｍ ／ ０ ０ ｓ 将该 网格模 型导 入 Ｆｕ ｎ 进行 仿真 分析 ，采 用 ｌｅ ｔ 有限体 积法 对喷 嘴 内部流 场进 行数值 模拟 。由于 喷
差 ，可得 出下 列 关 系式 ：
＋
１ 喷嘴的结构及数学模型
１１ 喷嘴结 构 ．
式 中 ：Ｐ 、Ｐ — — 喷 嘴 内外静 压 力 ； ｖ 、ｖ —— 喷 嘴 内外 流体 平均 流速 。 ， 在两 点 间应用 连续 方程 可 得 ：
基于Fluent的复杂边界条件流动传热数值模拟
2016年第1期信息与电脑China Computer&Communication计算机工程应用技术目前，对于航空发动机内部燃烧室内部部件的设计，相比之前，需要更高的温升和更强的耐热性，这也不可避免地带来一些问题：比如油气之间的匹配问题、燃烧室火焰筒及涡轮叶片的冷却等。
目前，在推重比8一级的温升水平基础上，发动机10一级的发动机燃烧室温升水平较此提高了约200℃，采用的技术是对流气膜冷却或浮动壁的冷却技术。
我们若希望提高发动机燃烧室的温升水平，就要想办法解决恶劣的火焰筒工作条件带来的安全和可靠性问题。
目前，解决的方法通常是以下两种：一种采用先进的气膜冷却技术，还有一种就是火焰筒材料的许用温度如何提高。
在现代航空发动机中，热容量和温度上升都很高，传统的气膜冷却技术已无法满足现代航空燃烧室的日益发展了。
因此，我们需要积极寻求新的、高效的冷却方法。
本文使用了Fluent软件对冲击-发散复合冷却方式进行了数值模拟，通过改变吹风比M，相邻孔间距与发散孔径比(Pi/dm或Pm/dm)，得出了这三个数值的大小对冷却效率的影响，并利用这个基本特征对流场与温度场进行模拟分析，总结出一定的规律。
１ 计算方法1.1 物理模型我们采用Fluent软件中的分离隐式求解器对各个物理量进行了三维稳态计算，控制方程的通用形式如公式（1）所示：（1）式中，ρ表示流体的密度，ϕΓ和ϕS表示变量ϕ所对应的有效扩散系数和源项。
dm设定为1.0mm，其含义是发散孔直径，tm设定为=1.8mm，其含义是发散孔板厚度，Sm表示沿主流流向的相邻发散孔间距，Pm为展向的相邻发散孔间距；di设定为1.5mm，表示冲击孔直径，ti设定为1.8mm，表示冲击孔板厚度，Si表示沿主流流向的相邻冲击孔间距，Pi表示沿展向的相邻冲击孔间距。
其中，H/di的值为2.0，表示冲击间距与孔径比，Pi=Pm=2Si=2Sm，两壁之间的缝高H=3.0mm。
冲击孔与发散孔的排列布置方式为叉排正菱形，展向上的流动具有一定的相似性，因此我们选取沿流向上第19排孔作为研究区域，简化对称性边界条件后，选取宽度为Pi的两排孔作为研究区域。
基于Fluent的流场数值模拟在制脂釜设计中的应用
搅 拌 和 变形 折 叶 桨 明显 改善 了物 料 流 动状 况 ； 叶 角 ０ ４ 。 产 生 的流 场 分 布 较 ２ 。６ 。 折 取 ５时 ２ 、０ 更优 ； 当桨 间 距 ｚ （ ．６～ ． ４ Ｄ 范 围 内取 值 对 流 动 特 性 和 搅 拌 功 率 影 响 不 大 ； 桨 搅 拌 转 速 高 于 ２ ０／ ｉ 在 ０ １ ０２ ） 内 ０ ｒｒｎ ａ 后 ， 高转速无益于流场改善。 提
维普资讯
８ ６
化
工
机
械
２０ ０ ７年
直 径 Ｄ＝１８ ０ ０ ｍｍ， Ｈ＝２３ ０ 高 ０ ｍｍ， 用 桨 框 组 采 合式 桨 型 ， 桨 为 框 式 共 ２层 ， 框 距 离 釜 壁 外 桨 １ ｍ 内桨为折 叶式 共 ３层 ， 叶宽均取 １ ０ ５ ｍ， 桨 ５ ｍｍ， 为 考察折 叶角 、 桨间距 和变形折 叶对流场 的影 响 ， 折 叶角 分别 取 ２ 、５ ６ 。桨 间距 Ｚ ２ ４ 、０ ， 分别取 ０ ３０
计 的速度 下 流动 处 在层 流状 态 ， 于不 考 虑 传 热 由
问题 ， 定不 可压 缩 ，Ｃ Ｄ分 析 可基 于质 量 、 量 假 Ｆ 动
￥张 靖 ， ，９ ７年 生 ， 男 １７ 硕士 研 究 生 。重 庆 市 ，００ ４ ４０ ４ 。
２ １ 搅 拌桨结 构建 模 ．
以容积 ６ 的制脂 搅 拌 釜 为 设计 实例 ， ｍ。 釜体
基于FLUENT对采空区流场的数值模拟
律， 文章作如下假设［ ］ ： ①采空 区为由冒落矸石和 遗煤孔隙构成的多孑 Ｌ 介质， 且 由于矸石冒落和采 空区遗煤分布的随机性， 近似地将采空区多孔介
质视为各 向同性 ； ②采空区气体不可压缩 ， 其流动 近似为稳态流动、 等温过程 ； ③忽略瓦斯 的浮升效 应 以及 采 空 区 内遗 煤 氧化 升 温对 风 流 的耦 合 作
速下 进风 巷侧未 冒落 巷对采 空 区漏 风 分布进 行对
等
（ １ ）
式中， ｕ为气 体人 口速度 ， ｍ ／ ｓ ； 为湍 流度 ， 此
处 取０ ． ０ １ ２ 。
湍动能耗散
（ ２ ）
式 中， ｃ ￡ ＝ 。 为经验 常数 ， 此处取 ０ ． ０ ０ ９ ； ｌ 为湍流
０ 引 言
采 空 区 自然发 火是采 场漏 风系统 向采 空 区持 续供氧和采空区遗煤蓄热综合作用的结果 ，而向
型ｋ － ８时， 湍动能及湍动能耗散率 的计算方法有 多种 ， 文章采用下面方法进行计算。 湍动能 ｋ 计算公式为 ：
×
采空区漏风又在其遗煤 自燃氧化升温过程 中起关 键性作用＿ ｌ Ｊ 。 其中采空区内温度场的分布， 虽然是 反 映煤 炭 自然 发火 的重要 特征 指标 ，但采 空 区 内 的漏风 质点 的流 态及速度 场 的变化 规律则 是 影 响 温度场变化的主导因素。 因此 ， 定量化描述采空区 漏风质点的流场分布及其在不 同影响因素作用下 的变化规律 ， 有利于分析其 自然发火危险程度， 判 断自 燃危险区域范围和形状 。文章利用计算流体 动力学软件 Ｆ ｌ ｕ ｅ ｎ ｔ 模拟解算出采空区的流场 ， 分 别对一 源一 汇采 空 区进 风巷 风速不 同及 在相 同风
用， 将采空区气体流动简化为平面模型， 取工作面 与采 空 区交界 面 中点 为坐 标原 点 ，采 空 区深 度方 向为 轴， 工作面长度方 向为 Ｙ 轴。 １ ． ２ 工作 面湍流 的 ｋ － ｅ模 型 文章研究流体的流动为不 可压缩 的稳 定流 动 ，因此采用的湍流模型为两方程模型中应用最
【流体数值模拟软件】Fluent基础讲义
Pressure inlet 给定流动入口的总压和其他标量 Pressure outlet 给定出口处的静压
Incompressible:
Velocity inlet 给定入口处的流速和其他标量 Outflow 对于出口处流速和压力不知道的情况
不能与pressure outlet一起用
湍流粘性系数法 Reynolds应力方程法
Large Eddy Simulation （only 3D）
CFD-FVM
31
Spalart-Allmaras：一方程模型
不适于自由剪切流动、分离流动，多用于外流，如航空航天问题。准2D问 题，如翼型绕流
Standard -:
应用最为广泛的湍流模型，高Re数模型，不适于分离流动，
Compressible flows:
Mass flow inlet 规定入口的质量流量 Pressure far-field 无穷远处的自由流条件
也可读入autocad proE等cad软件生成的图形
CAD中创建的图形要输出为.sat文件，要满 足一定的条件。
对于二维图形来说，它必须是一个region，也就 是说要求是一个联通域。
对于三维图形而言，要求其是一个ASCI body
CFD-FVM
18
由于各软件设置的最小识别尺寸不同， 导入后的几何体可能会出现：
对近壁和远场都适用，对剪切流动的处理不如Standard -
Reynolds Stress:
可以计算各向异性旋涡 ，难于收敛，适于计算弯曲流道、强的旋涡或旋转
CFD-FVM
32
近壁处理及第一个网格的位置
-和RSM适用于离开壁面一定 距离的湍流区域
两种方法： 壁面函数法
爆炸流场的数值模拟与分析研究
爆炸流场的数值模拟与分析研究一、引言爆炸是一种常见但危险的现象。
在很多领域中都能见到其踪影，例如炸药工业、火箭发射和爆炸安全等。
对于这些爆炸事件，我们需要进行数值模拟和分析，以便更好地了解爆炸现象的本质和爆炸流场的特性。
本文就爆炸流场的数值模拟与分析研究展开讨论。
二、爆炸如何发生爆炸通常发生在极短的时间内，具有高度非线性特征，爆炸产生的能量使爆炸物质瞬间加速并释放出大量的气体和其他物质。
这些物质在短时间内释放出来并随着周围的空气形成了爆炸流场。
爆炸流场的特性包括爆轰波、冲击波、反应波、扩散波等，这些波在空气中的传递引起了空气的快速压缩和膨胀，使空气的密度和温度变化迅速。
这些物理变化产生的压力和温度梯度产生的作用力使空气流动甚至出现漩涡和涡旋等复杂流动现象。
三、爆炸流场的数值模拟方法由于爆炸流场是一种具有高度非线性特性的复杂流动场，因此它的数值模拟方法具有一定的难度。
目前，最常用的数值模拟方法是基于计算流体动力学（CFD）的方法。
CFD方法通过对流体力学方程进行数值求解，计算出了空气的密度、速度和压力等物理量的分布情况。
通常采用的数值模拟软件有ANSYS Fluent、Star-CCM+等。
这些软件包括传输方程、方程边界条件、时间推进算法和网格生成等方面的内容，并提供了丰富的后处理功能。
四、数值模拟与分析实例为了更好地了解爆炸流场的数值模拟与分析技术，本文以一例实际应用为例进行介绍。
我国某先进武器试验中，使用了高爆药作为推进剂，炸药爆炸后会产生爆轰波和冲击波等流场特性。
通过数值模拟软件Star-CCM+对爆炸流场进行了数值模拟与分析。
首先需要确定计算模型和边界条件。
在此案例中，采用的是二维轴对称计算模型，边界条件包括药杆位置、U-tube的弹性壳、气流的速度和压力等。
然后，进行数值计算。
数值计算过程主要包括物理模型的选择和参数的设定，通过不断进行参数调整和计算，确定了药杆的爆炸区和气流的流动情况。
基于Fluent的化学机械抛光的流场数值模拟
（ 图５ 一图７ ） 抛光垫的转速比晶片的转速更能决定流场的运动方 式 ，使得抛光率发生变化 。在靠近抛光垫旋转轴的晶片边缘剪应 力较小，反之远离抛 光垫旋转轴的晶片边缘受到的剪应力较大，
更 容 易过 度 抛 光 ，晶 片 中心 部分 受到 的抛 光 程 度总 体 均匀 。
场中流体动力润滑将影响抛光液的分布 ，进而影响晶体表面的抛
光 。事 实 上 ，抛 光液 流场 的流 动润 滑方 式 应该 在全 液 体润 滑 、混
合液体 固体润滑和直接的固体润滑３ 者之间寻求一个平衡 ，但是 本模型只是简单模拟全膜厚润滑 ，导致模拟结果不足以真实反应 抛光全过程 。因此 ，在使 用Ｃ Ｆ Ｄ辅助设计仿真模型方面还有很长
的业化运作效益的影响。以前对体 育设施
单纯 的行政管理手段 ，是导致我 国体育设施使用率低 、严重亏 损 的重要 原因。因此 ，为正确处理体育设施服务 中的各种物质
利 益 关 系 ，调 动 职 工 的积 极 性 ，在 采 用 行 政 管 理 手 段 的 同时 ， 必 须 采 用一 定 的 经济 手 段 。
参 考 文献
图４ 残差 图 图５ 流场 底层 （ ｈ ＝ Ｏ ）速 度 分布 图
【 １ ］Ｓ Ｒ Ｒｕ ｎ ｎ ｅ ｌ ｓ Ｔ ｒ ｉ ｂ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｓ ｉ ｓ ｏ ｆ ｃ ｈ ｅ ｍｉ ｃ ａ ｌ — ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ
Ｐ ｏ ｌ ｉ ｓ ｈ ｉ ｎ ｇ ［ Ｊ ］ Ｊ Ｏ ｆ ｔ ｈ ｅ Ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｃ ｈ ｅ ｍｉ ｃ ａ ｌ Ｓ ｏ ｃ ｉ ｅ ｔ ｙ ， １ ９ ９ ４ ， １ ４ １ （ ７ ） ： １ ６ ９ ８ — １ ７ ０ １
馆 内的运动项 目；再 者 ，要 赢得本 校职工 的理解 ，在适 当时 间 、地点为教职工开辟免费体育活动场所。
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毕业设计说明书 基于FLUENT的 炮弹三维流场数值模拟
学生姓名： 学号： 学 院： 专 业： 指导教师：
2011年 6月
徐 吉 0701064330 机电工程学院 弹药工程与爆炸技术 魏志芳 中北大学2011届毕业设计说明书
第I页，共IV页 基于FLUENT的炮弹三维流场数值模拟 摘要：本文主要介绍了用计算流体力学理论研究炮弹气动特性的方法，并运用流体动力学软件FLUENT对155榴弹三维流场进行了数值模拟，考察了在0攻角及马赫数为1.4时榴弹周围空气场的压力和速度分布。具体步骤分为三部分：第一部分用GAMBIT软件建立炮弹流场模拟的几何模型并对模型进行网格划分；第二部分运用FLUENT软件对已划分好网格的模型进行分析计算；第三部分分析计算结果，并得出结论，其符合空气动力学规律。
关键词：炮弹，空气动力学，三维流场，155榴弹，建模，仿真 中北大学2011届毕业设计说明书
第II页，共IV页 Numerical Simulation of the Three-dimensional Flow Field around Shrapnel base on FLUENT Abstract：This paper describes the method that uses Computational Fluid Dynamics to
research the aerodynamic characteristics of artillery shells, and uses FLUENT to simulation the external flow around a 155-caliber shrapnel, studying the pressure ,velocity around the shrapnel at the 0 angle of attack and Mach 1.4. The step is mainly divided into three parts, firstly using the software of GAMBIT to build the geometrical model and griding on the model. Secondly the calculation is carried on the model which is the mesh already divided well by using FLUENT. Thirdly analyzing the results of the caculation and they all conform the aerodynamic laws.
Keywords: shells, aerodynamics, three-dimensional flow field, 155-caliber shrapnel, modeling, simulation 中北大学2011届毕业设计说明书
第III页，共IV页 目 录 摘 要 .................................................. 错误！未定义书签。 ABSTRACT ................................................................ II 1 绪论 .................................................................. 1 1．1 本课题研究的意义 .................................................. 1 1．2 本课题国内外研究概况 .............................................. 1 1．3 本文主要工作 ...................................................... 4
2 计算流体动力学简介 .................................................... 5 2．1 计算流体动力学概述 ................................................ 5 2．2 计算流体动力学的工作步骤 .......................................... 6 2．3 计算流体动力学特点 ................................................ 6 2．4 计算流体动力学的应用领域 .......................................... 7 2．5 计算流体动力学的分支 .............................................. 8 2．6 CFD的求解过程 .................................................... 9 2．7 CFD软件结构 ...................................................... 9 2．8 常用的CFD商用软件 ................................................ 11 2.8.1 PHOENICS ...................................................... 11 2.8.2 STAR.CD ....................................................... 12 2.8.3 CFX ........................................................... 12 2.8.4 FIDAP ......................................................... 12 2.8.5 POLYFLOW ...................................................... 13 2.8.6 MIXSIM ........................................................ 13 2.8.7 FLUENT ........................................................ 13
3 几何模型的建立 ....................................................... 14 3．1 模型概述 ......................................................... 14 3.1.1 155榴弹模型参数 .............................................. 14 中北大学2011届毕业设计说明书 第IV页，共IV页 3.1.2 计算模型 ...................................................... 14 3.1.3 数学模型 ...................................................... 15 3．2 GAMBIT软件简介 .................................................. 17 3.2.1 GAMBIT的特点 ................................................. 17 3.2.2 GAMBIT的操作步骤 ............................................. 18 3．3 模型建立步骤 ..................................................... 18 3.3.1 利用GAMBIT建立计算模型 ....................................... 18 3.3.2 利用GAMBIT对计算区域划分网格 ................................. 30 3.3.3 利用GAMBIT设置边界类型 ....................................... 34 3.3.4 输出网格并保存会话 ............................................ 36
4 利用FLUENT进行仿真计算 .............................................. 37 4.1 FLUENT软件简介 ................................................... 37 4.1.1 FLUENT程序包的基本构成 ....................................... 37 4.1.2 FLUENT程序的运用领域 ......................................... 38 4.1.3 用FLUENT程序求解问题的步骤 ................................... 38 4.2利用FLUENT 3D求解器进行求解 ....................................... 39
5 计算结果的后处理及结果分析 ........................................... 53 5.1计算结果的后处理 ................................................... 53 5.2 结果分析 .......................................................... 64
6 结束语 ............................................................... 66 参考文献 ................................................................ 67 致 谢 ................................................................ 69