數(shù)值傳熱學(xué)大作業(yè)

1、【精品文檔】如有侵權(quán)，請聯(lián)系網(wǎng)站刪除，僅供學(xué)習(xí)與交流數(shù)值傳熱學(xué)大作業(yè).精品文檔.數(shù)值傳熱學(xué)大作業(yè)燃燒室出口換熱與流動的數(shù)值模擬 學(xué) 院 專業(yè)班級 學(xué) 號 姓 名 燃燒室出口換熱與流動的數(shù)值模擬摘要：本文針對穩(wěn)態(tài)、層流、常物性的燃燒室出口的換熱與流動問題，采用商業(yè)軟件FLUENT進(jìn)行了數(shù)值模擬。通過數(shù)值模擬，本文得到了溫度分布和速度分布，計(jì)算得到三種流體各自的換熱量以及漏斗狀壁面兩側(cè)煙氣和空氣的局部的表面對流換熱系數(shù)。1物理問題描述某圓柱形燃燒室出口截面結(jié)構(gòu)如圖1-1所示，燃燒產(chǎn)生的高溫?zé)煔鈴娜紵伊鞒龊笤趫D1標(biāo)號為的位置進(jìn)入圖中漏斗結(jié)構(gòu)，最終從流出。冷卻水從標(biāo)號為的位置進(jìn)入“水套”結(jié)構(gòu)，由流出

2、；常溫空氣從標(biāo)號為的位置流入空氣流道，分別與高溫?zé)煔夂屠鋮s水發(fā)生熱交換，最終從流出。圖1-1 燃燒室出口結(jié)構(gòu)：煙氣入口；煙氣出口；空氣流道入口；空氣流道出口冷卻水入口；冷卻水出口表1給出了該結(jié)構(gòu)的幾何參數(shù)，漏斗狀的結(jié)構(gòu)（圖1中標(biāo)號為A的結(jié)構(gòu)）、水套（圖1中標(biāo)號為B的結(jié)構(gòu)）的壁厚均為5mm，材料為鋼，過程是穩(wěn)態(tài)。給定工況和給定的流體參數(shù)如表2所示： 表1 幾何參數(shù)D1/mmD2/mmD3/mmL1/mmL2/mmL3/mm246022621220814124445 表2 工質(zhì)工礦與流體參數(shù) 入口溫度/質(zhì)量流量/高溫?zé)煔?7000.2312900.11 185空氣151.5310100.02520

3、0冷卻水20100041800.620000鋼14.2 為了方便計(jì)算，在數(shù)值模擬中，本文做了一些假設(shè)： （1）流體的物性都是固定的； （2）流體中的粘性耗散度忽略不計(jì)； （3）流動及換熱處于穩(wěn)態(tài)、層流、充分發(fā)展?fàn)顟B(tài)； （4）假設(shè)流體流動過程中不存在熱輻射的情況。 2控制方程及求解方法考慮幾何對稱性，將問題簡化為一個2D模型，則該問題中的控制方程如下。連續(xù)性方程：動量方程：能量方程：本文采用了SIMPLE算法進(jìn)行求解。SIMPLE算法自1972年問世以來在世界各國計(jì)算流體力學(xué)及計(jì)算傳熱學(xué)界得到了廣泛的應(yīng)用，這種算法提出不久很快就成為計(jì)算不可壓流場的主要方法，隨后這一算法以及其后的各種改進(jìn)方案成功

4、的推廣到可壓縮流場計(jì)算中，已成為一種可以計(jì)算任何流速的流動的數(shù)值方法。 SIMPLE算法的基本假設(shè)：速度場的假定與壓力場的假定各自獨(dú)立進(jìn)行，二者無任何聯(lián)系。對假定壓力場的修正通過已求解的速度場的質(zhì)量守恒條件得到。中間速度通過求解當(dāng)前壓力得到，如果求解速度不能滿足質(zhì)量守恒條件，對過對壓力添加一個修正量修正，速度場也隨之得以修正。 第二假設(shè)：在做速度修正時(shí)，忽略不同位置的速度修正量之間的影響。SIMPLE算法的具體步驟如下： (1)假定一個速度分布u0,v0,以此計(jì)算動量離散方程的系數(shù)與常數(shù)項(xiàng)。 (2)假定一個壓力場p*。 (3)利用p*求解動量離散方程,得出u*、v*。 (4)求解壓力修正值p。

5、 (5)利用p及u*、v*求改進(jìn)速度值u、v。 (6)根據(jù)改進(jìn)后的速度求解離散方程系數(shù)及源項(xiàng)中有影響流場的其他物理量。 (7)用改進(jìn)后的壓力場作為下一次迭代的p*，直至迭代收斂。3網(wǎng)格劃分及數(shù)值模擬本文采用結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格，選擇使用ICEM軟件來劃分網(wǎng)格。運(yùn)用成熟的商業(yè)軟件FLUENT來進(jìn)行數(shù)值模擬。求解方法采用SIMPLE方法，壓力離散方式選用Standard格式，動量和能量離散格式選用QUICK格式。松弛因子全部設(shè)為0.3。初始化方法選用Hybrid Initialization。4計(jì)算結(jié)果經(jīng)數(shù)值模擬收斂后得到溫度分布圖和速度分布圖分別如圖4-1和圖4-2所示。圖4-1 溫度分布圖圖4-2 速度分布圖經(jīng)過計(jì)算可得煙氣換熱量為5906W，空氣換熱量為5854W,水換熱量為44W，煙氣