基于-FLUENT的溷合器内部流场数值模拟.doc

基于FLUENT的混合器内部流场数值模拟文媛媛（武汉理工大学汽车学院，湖北武汉430070）【摘要】本文介绍了FLUENT软件的主要特点及其在冷热水混合器内的应用情况。通过使用FLUENT软件的标准k-ε湍流模型对冷热水混合器进行三维数值模拟，分析其内部流场变化情况。通过模拟，能真实反映混合器内部的复杂流动，为混合器的设计和改进提供理论依据。【关键词】CFDFLUENT冷热水混合器标准k-ε湍流模型NumericalSimulationofInnerFlowinMixtureBasedonFLUENTWENYuanyuan(AutomotiveDepartment,WuhanUniversityofTechnology,WuhanHubei430070)Abstract：ThispaperintroducesthemainfeaturesoftheFLUENTsoftwareanditsapplicationinthehotandcoolwatermixture.The3-Dhotandcoolwatermixturewassimulatednumericallybythestandardk-εturbulentmodelinFLUENTandanalyzedthechangesininternalflowfield.Thesimulationreflectsthecomplexflowinhotandcoolwatermixture,atthesametime,whichprovidesatheoreticalbasis.Keywords：CFD；FLUENT；hotandcoolwatermixture；standardk-ε；turbulentmodel0引言工程热水恒温混合器，是为适应中央热水工程向大型化、自动化和人性化发展的技术要求而研发的，是为太阳能热水工程和各种生活热水供水系统专门配套的一种全自动洗浴水恒温控制设备。广泛适用于宾馆、饭店、学校、医院、厂矿、机关及洗浴中心、游泳池等大中小型生活热水系统。由于混合器的广泛应用，混合器内的各个流场也受到内流研究者的广泛关注。1FLUENT软件简介FLUENT是美国FLUENT公司开发的集流场、燃烧和热、质量传输以及化学反应于一体的商业CFD软件,也是目前国内外使用最多、最流行的商业软件之一。[1]自其上市以来,在全球众多的CFD软件开发研究厂商中,FLUENT软件占有最大的市场份额。独特的优点使FLUENT在水利船舶、材料加工、燃料电池、航空航天、旋转机械、噪声污染、核能与动力等方面均有广泛应用。[2]FLUENT软件的最大特点是具有专门几何模型制作软件Gambit模块,并可以与CAD连接使用,同时备有很多附加条件和附加方程添加接口，使用了目前较先进的离散技术和计算精度控制技术,如多层网格法、快速收敛准则以及光滑残差法等,数学模型的离散化和软件计算方法处理较为得当。实际应用中发现,该软件在模拟单相流动或进出口同向或反向流动时，可以得到较好的模拟计算结果,且具有一定的计算精度。FLUENT软件包主要具有常用的6种湍流数学模型、辐射数学模型、化学物质反应和传递流动模型、污染物质形成模型、相变模型、离散相模型、多相模型、流团移动模型、多孔介质、多孔泵模型等。FLUENT软件的核心部分是纳维-斯托克斯(Navier-Stokes)方程组的求解模块。用压力校正法作为低速不可压流动的计算方法,包括SIMPLE、SIMPLEC、PISO三种算法，采用有限体积法离散方程,其计算精度和稳定性都要优于传统编程中使用的有限差分法。而对可压缩流动采用耦合法,即将连续性方程、动量方程以及能量方程联立求解。FLUENT软件主要由前处理、求解器以及后处理3大模块组成。采用自行研发的GAMBIT前处理软件来建立几何形状及生成网格,然后由FLUENT进行求解。FLUENT软件主要包括一下几个部分：⑴FLUENT6.0—基于非结构化网格的通用CFD求解器，是用有限元法求解不可压缩流及中度可压缩流流场问题的软件；⑵GAMBIT—面向CFD的几何建模和网格生成软件,目前是CFD分析中最好的前置处理器；⑶FIDAP—基于有限元方法的通用CFD求解器；⑷prePDF—用于模拟PDF燃烧过程；⑸TGrid—专用的网格生成软件。从以上介绍中可以看出，FLUENT软件可用于求解在复杂物理结构下的流体运动及热传输问题。其基于CFD软件群的思想，针对各种复杂流动的物理现象，采用数值解法,以期在计算速度、稳定性和精度等方面达到优化组合,从而高效地解决各个领域的复杂流动计算问题,模拟流动、传热和化学反应等物理现象。2控制方程和数值模拟2.1控制方程与标准k-ε湍流模型本文主要分析冷水和热水分别自混合器的两侧沿水平切线方向流入，