流体力学计算软件报告
9页1、三维方管内部二次流特征分析基于NUMECA数值仿真2120130457 李明月【摘 要】运用NUMECA数值仿真的方法,通过在有粘与无粘的工况下三维方管的内 部三维流线对比分析,重点在分析粘性工况下方管内部沿流向各截面上的切向速度矢量分布 特征和总压系数分布特征对二次流机理进行讨论和分析。【关键字】数值仿真二次流欧拉方程N-S方程压力梯度0前言在边界层内流体质点向着压力梯度相反并与主流运动方向大致垂直的方向流动,称为二 次流。几乎所有的过流通到里面都存在着速度和压力分布不均的情况,压力分布不均则产生 一个从高压指向低压的作用力,它与惯性力的大小关系是能否形成二次流的关键。而二次流 会使叶轮机械叶片的边界层增厚从而导致分离和损失,而二次流在换热器中增强了对流换 热,从而强化了传热,故对二次流的成因和特征的研究具有很大的现实意义。而运用 NUMECA软件对一个简单的三维方管在不同工况下进行数值运算,能够直观地观察得到二 次流的结果,并对此进行对比和分析,对流体初学者而言,一方面可以熟悉NUMECA软件 的基本操作,一方面可以基于此加深对二次流的理解。1几何描述如图一所示为三维方管的三维图与
2、所需设定的边界条件。在此算例中,最大的特点在于中部有一个90的弯道,且出流部分较长。图1几何模型2网格划分与边界条件在调入IGG data文件生成几何文件之后,用网格功能中生成网格块的功能用对应网格 顶点与几何顶点重合的方式将网格块贴附在几何模型上,再调整网格数量,和Cluster Points 功能调整边界网格大小,使得近壁面的网格较密,使数值计算时能更好地捕捉到近壁面的参 数。生成的网格如图2所示。网格生成后一共33X33X129个网格,网格质量为:最小的正 交角度为50.68,最大宽高比为200,最大膨胀比为1.51,多重网格数为3。在边界条件上, 管壁设为SOL类型,另外短管端面设为INL类型,剩下那一面设为OUT类型。图2三维方管网格划分示意图3边界设定及收敛特性在NUMECA Fine Turbo里面建立两个工况并命名为一个无粘一个有粘。在无粘的工况 下,选择的流动模型为基于Euler方程的数学模型。在有粘工况下,流动模型选择的是湍流 N-S方程,并且湍流模型为Spalart-Allmaras模型。两个工况皆为理想气体的定常流动,进 口边界设为总量下(total quant
3、ities imposed)马赫数推断(mach number extrapolated),进口 压力为1.3bar,进口温度为340K。出口设定为由静压推断(static pressure imposed),出口 压力为1.0bar。固壁面在欧拉方程下为无粘的欧拉壁,在N-S方程里为绝热壁。经初始化后 选择计算后输出的参数,除了常规的静压静温和速度外,在壁面数据Slid data)里额外输 出一个粘性压力(viscous stress)0选择500次迭代后,两种工况下的收敛曲线如图3图6 所示。图3 Euler方程下残差收敛曲线Convergence History0200400Iterations600800-OEmu -心 I-Hn。图4 Euler方程下质量流量收敛曲线图5 N-S方程下残差监测曲线0.02-500-O (力、里)MDIES追Cycles图6 N-S方程下质量流量监测曲线由残差监测曲线可以看出无论是Euler还是N-S方程都有比较好的收敛性,并且进出口 的质量流量也收敛得比较好。在Euler方程里质量流量收敛到0.0244kg/s,在N-S方程下质 量流量收敛至
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