計(jì)算流體力學(xué)大作業(yè)

1、Case 1.二維方腔驅(qū)動(dòng)流問題描述如圖所示，特征長度為方腔邊長，特征速度為u。上邊界以已知速度u移動(dòng)，其它邊界為靜壁面。試求在Re=100、1000、10000、100000時(shí)，空腔內(nèi)流體的流淌狀態(tài)，比較不同Re流淌特征的差異。一Re=100在一個(gè)正方形的二維空腔中布滿等密度的空氣，上邊界以速度u移動(dòng)，由Re=ud/,又=1.789×10-5m2/s，方腔每邊長為l=0.1m,可求得速度u=0.01466m/s。其它邊界為靜壁面。同時(shí)帶動(dòng)方腔內(nèi)流體流淌。速度矢量圖總壓等值線圖水平中心線（y=0）上豎直速度重量(v)分布V-x豎直中心線（x=0）上水平速度重量（u）分布U-y不同Re

2、方腔內(nèi)流函數(shù)的分布狀況Re=1000Re=10000Re=100000不同Re方腔內(nèi)總壓分布狀況Re=1000Re=10000Re=100000方腔驅(qū)動(dòng)流是數(shù)值計(jì)算中比較簡潔，具有驗(yàn)證性的一種流淌狀況，受到很多爭辯者的關(guān)注。本文通過不同雷諾數(shù)觀看方腔流淌，所得結(jié)論如下： （1）當(dāng)雷諾數(shù)較小時(shí)，腔中渦旋位置貼近腔體上壁面中部，隨著雷諾數(shù)Re的增加，渦旋位置漸漸向下方靠近。（2）隨著雷諾數(shù)的增加，渦旋的位置漸漸靠近腔體中心。（3）方腔壁面上的速度大于其他地方的速度。Case2.圓管的沿程阻力1. 問題描述如圖，常溫下，水布滿長度l的一段圓管。圓管進(jìn)口存在平均速度u，壁面的當(dāng)量粗糙高度為0

3、.15mm。試求在不同雷諾數(shù)下，計(jì)算該圓管的沿程阻力系數(shù)，分析比較Re與 的關(guān)系。出口截面速度分布如下可見，出口截面流速分布較為明顯，呈同心圓分布，內(nèi)層流速偏大，外層靠近壁面處流速幾乎為0，分層更為嚴(yán)峻，邊界層很薄。Y=0截面速度分布圖可以看出圓管水流湍流入口段及之后的流速進(jìn)展趨勢，而且顯示流速變化的規(guī)律更為明顯。軸線壓降圓管湍流中的壓降，除了入口段壓強(qiáng)分布因流速急劇上升而下降稍快外，管道后端速度呈充分進(jìn)展?fàn)顟B(tài)，壓降呈線性，即p隨L的增加而降低。 Case3.三維繞流問題1. 問題描述地面有一矩形障礙物，空氣以肯定速度正面流向障礙物，非定常，湍流流淌，Re105，Re取107，由Re=ud/,

4、求得速度為7.3m/s。1.壓力分布云圖2.對(duì)稱面上的速度分布云圖3.速度矢量圖4.y=2處壓力分布云圖5.y=2處速度分布云圖Case4.濕蒸汽在拉瓦爾噴管中的分散1.問題描述此模型對(duì)拉瓦爾收斂-擴(kuò)張噴管中蒸汽分散問題進(jìn)行考慮。示意圖如圖1所示。噴管幾何形式為二維的，噴管喉部高度為1cm。流體在進(jìn)入噴管時(shí)為干燥蒸汽，由于流淌在喉部的加速，快速分散過程就會(huì)消滅。蒸汽首先過冷而聚集，形成氣液兩相形式的蒸汽。1.噴管主要參數(shù)分布云圖壓力云圖靜溫云圖混合相密度分布云圖液滴形成速率云圖噴管軸向液滴數(shù)目和液滴成核率分布曲線結(jié)論與分析起初過熱蒸汽隨著 Laval 噴管流通面積的漸漸減小，氣體膨脹冷凝，溫度和壓力漸漸減低，過冷度起伏較小，當(dāng)在距入口0.08m處，過冷度上升到肯定值，液滴開頭緩慢生長，但是液滴平均半徑變化并不顯著，這是由于此時(shí)液滴還未達(dá)到臨界半徑，濕蒸汽中還未產(chǎn)生分散核，液滴不能進(jìn)一步分散生長。而當(dāng)過冷度進(jìn)一步增大到最大值時(shí)，此時(shí)蒸汽處于 Wilson 點(diǎn)( 熱力學(xué)不平衡狀態(tài)極點(diǎn)) ，蒸汽開頭分散，此時(shí)有大量的分散核急劇分散產(chǎn)生，液滴生長率也明顯上升，促使蒸汽分子在分散核上大量分散并生長，進(jìn)而液滴數(shù)量和半徑也漸漸增加。但是，隨著分散過程的進(jìn)行，大量的分