PDF《实验十一 流体分析》

实验十一 流体分析

(一)实验目的 1.

熟悉并掌握 ANSYS 软件的使用方法;

2.掌握如何利用 ANSYS 进行流体分析;

(二)实验设备和工具 安装有 ANSYS 软件的计算机

(三)实验原理 问题描述 该算例是一个二维的导流管分析,先分析一个雷诺数为

400 的层流情况,然 后改变流场参数再重新分析,最后再扩大分析区域来计算其湍流情况. 该算例所 用单位制为国际单位制.分析区域图示如下: 分析方法及假定 用FLUID141 单元来作二维分析,本算例作了如下三个分析: ・雷诺数为

400 的假想流的层流分析 ・降低流体粘性后(即增大雷诺数)的假想流的层流分析 ・雷诺数约为

260000 的空气流的湍流分析 分析时假定进口速度均匀,并且垂直于进口流场方向上的流体速度为零. 在 所有壁面上施加无滑移边界条件(即所有速度分量都为零) ;

假定流体不可压缩, 并且其性质为恒值,在这种情况下,压力就可只考虑相对值,因此在出口处施加 的压力边界条件是相对压力为零. 第一次分析时,流场为层流,着可以通过雷诺数来判定,其公式如下: 第二次分析时,将流体粘性降低到原来的十分之一(雷诺数相应增大)后再 在第 一次分析的基础上重启动分析 对于内流来说,当雷诺数达到

2000 至3000 时,流场即由层流过渡到湍流, 故第三次分析(空气流,雷诺数约为 260000)时,流场是湍流.对于湍流分析, 上图所示的导流管的后端应加长,以使流场能得到充分发展.此时,应在该次求 解之前改变 ANSYS 的工作名以防止程序在上一次分析结果的基础上作重启动分 析. 几何尺寸及流体性质 进口段长度

4 m 进口段高度

1 m 过渡段长度

2 m 出口段高度 2.5 m 层流分析时出口段长度

6 m 湍流分析时出口段长度

12 m 假设流体密度

1 Kg/m3 假设流体粘性 第一次分析 0.01Kg/m-s;

第二次分析 0.001 Kg/m-s 空气密度 1.205 Kg/m3 空气粘性 1.8135*10-5 Kg/m-s 进口速度 2.0 m/s 出口压力

0 nt/m2

(四)实验步骤 第1步:进入 ANSYS 第2步:设置分析选择

1 进入 Main Menu>

Preference

2 点取 FLOTRAN CFD 项3点取 OK 第3步:定义单元类型

1 进入 Main Menu>

Preprocessor>

Element Type>

Add/Edit/Delete

2 点取 Add

3 在弹出菜单的左框中点取 FLOTRAN CFD,右框中点取 2D FLOTRAN

141 4 点取 OK

5 点取 Close 第4步:生成分析区域的几何面 该步定义三个面: 分别表示进口和出口的两个矩形面, 以及一个表示过渡段的面.

1 生成进口段,进入 Main Menu>

Preprocessor>

-Modeling-Create>

-Areas- Rectangle>

By Dimensions

2 在弹出菜单中的相应区域输入以下值: X1 处输入

0 X2 处输入

2 Y1 处输入

0 Y2 处输入

1 3 点取 Apply

4 生成出口段,再在上面弹出菜单中输入以下值: X1 处输入

6 X2 处输入

12 Y1 处输入

0 Y2 处输入 2.5

5 点取 OK

6 在工具栏(Toolbar)窗口中点取 SAVE_DB

7 进入 Main Menu>

Preprocessor>

-Modeling-Create>

Lines>

Tan to

2 Lines

8 点取左侧矩形的上面一条线作为第一条切线,再在点取菜单中点取 OK

9 点取该线的右端点作为第一切点,再在点取菜单中点取 OK

10 点取右侧矩形的上面一条线作为第二条切线,再在点取菜单中点取 OK

11 点取该线的左端点作为第二切点,再在点取菜单中点取 OK