拉瓦尔喷管FLUENT模拟

一收缩-扩张喷管实例1.1问题描述

本节内容主要依托收缩-扩张喷管内的流动计算展开。喷管外形如图1-1所示，A 为沿轴圆形截面面积，喷管的外形尺寸满足如下条件（单位：m）：

21.0x A +=5

.05.0<<-x 计算求解时可以将模型琪简化为二维轴对称问题，边界条件为：入口压力P m =101325Pa,入口总温T i0=300K，出口静压P 0=3738.9Pa。

图1-1喷管几何示意图

1.2创建几何模型

（1）设定工作目录

File→Change Working Dir，选择文件存储路径。

（2）创建Point，如图1-2所示。

Step 1通过输入坐标的方法创建P_1、P_2。选择Geometry 标签栏中的，单击，选择Create 1point（创建一个点），输入P_1的坐标，单击Apply 按钮确定，如图1-3所示。P_2创建方法与之相似，坐标为（0.5,0,0）。

Step 2创建点集3。因为横截面积为21.0x A +=，因此沿X 轴方向半径的函数为：5.02]/)1.0[()( x x R +=。单击，在Explicit Locations 下拉菜单中选择Create Multiple points，按照如图1-4所示输入数据，单击Apply 按钮确定。单击Apply 按钮确定。

图1-3创建P_1图1-4创建点集3

（3）创建Curve，如图1-5所示。

图1-5创建Curve结果图

Step1选择Geometry标签栏，单击创建Curve。如图1-6所示，单击，再单击，依次选择点集3中的各点连成曲线，创建C_4。

Step2采用Step1的方法创建其余三条Curve。

（4）定义Part。

ICEM中定义Part的名称将会是导出网格后边界的名称，可以简化在求解器

中定义边界条件的过程。同时在非结构化网格生成过程中，合理定义Part还便于定义网格尺寸。Part中的元素可以是Point、Curve、Surface，也可以是Block 或网格。但任意一个元素，如一条Curve，只能存在于一个Part，不能同时存在于两个不同的Part。

对于二维问题，计算边界即为Curve；对于三维问题，计算边界为Surface。在该计算实例中，边界条件主要由以下几个构成；①入口（IN）；②出口（OUT）；

③壁面（WALL）；④对称轴（AXIS）。在定义Part时也应根据这四个主要的边界进行定义。

图1-6创建Curve结果图

Step1定义入口的Part。右击模型树Model→Parts，选择Create Parts，如图1-7所示。进入到创建Part的窗口，如图1-8所示。输入想要定义的Part 名：IN，单击选择几何元素，单击选择C_1，中键确定，此时C_1颜色将自动改变。

图1-7进入创建Part的操作界面图1-8创建入口Part的操作Step2采用Step1中的方法，依次定义其余的Part。

定义对称轴Part名为AXIS，选择C_2。

定义出口Part名为OUT，C_3。

定义壁面Part名为WALL，C_4。

定义POINT的Part名为POINT，选择所有的Point，如图1-9。

图1-9仅允许选择Point的操作

Step3观察创建Part是否正确。创建Part完成后，如图1-10所示模型树将会有所变化，Part目录下新增了创建的Part。

取消IN的显示，查看几何模型上C_1是否会消失，若消失，则说明创建Part 成功，可通过相同的方法检验其余Part是否创建成功。

若某个Part创建时漏选了线，如WALL创建时漏选了C_4,右击模型树Model →Part→WALL,选择Add to Part,如图1-11所示。与Step1操作相同，选择C_4，确定即可。

图1-10创建Part完成后模型树的变化图1-11Add to Part的操作

（5）创建Surface

在二维问题中Surface是必需的，我们可以这样认为，二维问题中的Surface 提供了网格数据的一个指针，如果这个指针不存在，求解器就不能读取其他网格节点的数据。在三维问题中，Surface的存在必须保证模型的封闭，即无孔、裂缝等，否则不能成功生成网格。同时在使用多块方法生成结构化网格过程中，合理创建Face到Surface的映射可以显著减少工作量，希望读者在后面的学习中体会。

ICEM提供多种生成Surface的方法，如①根据Point或Curve创建；

②、拉伸Curve创建；③旋转Curve创建；④根据多条Curve创建型面；⑤偏执面创建；⑥创建两个面的中面；⑦分割Surface；⑧合并Surface等。本节主要采用①方法创建Surface。

选择Geometry标签栏，单机进入创建面的操作。

Step1创建Surface。如图1-12所示，单击，在Method的下拉菜单中选择From2-4Curve，通过Curve创建Surface。Tolerance保持为默认值，单机，依次选择C_1、C_2、C_3、C_1、C_4，单击中键确定，结果如图1-13

所示。

图1-12创建Surface

图1-13Surface创建结果

Step2定义Surface的Part。操作与定义Curve的Part方法相同，定义Part名为SUR，选择Step1中创建的Surface。创建完成后观察模型树Model →Part的变化，通过取消SUR显示的方法观察是否创建成功。

Step3保存几何模型。File→Geometry→Save Geometry As，保存当前的几何模型为Nozzle.tin。

1.3定义网格参数

（1）定义全局网格参数。主要是定义网格的全局尺寸，影响壳/面网格、体网格、棱柱边界层网格的太小。在标签栏中选择Mesh，单击进入定义网格全局参数操作。

Step1定义网格全局尺寸。如图1-14所示，单击，定义Scale factor 为1，勾选Display复选框，Max element值为0.03，勾选Display复选框，其他选项保持默认值，单击Apply按钮。

图1-14定义网格全局尺寸

Step2定义全局壳网格参数。如图1-15所示，单击，定义网格类型为All Tri，定义网格生成方法为Patch Dependent,其他参数保持默认值，单击Apply按钮。