空氣流过高温平板的流动与换热问题.docVIP

作 业：空气流过高温平板的流动与换热问题 学 院 名 称： 机 械 与 汽 车 工 程 学 院 专 业 班 级： 过程装备与控制工程11-2班 姓 名： 罗韦荣 学 号： xxxxxxxx 指 导 教 师： 马培勇 空气流过高温平板的流动与换热问题 问题描述 温度为TO、压强为PO的理想气体以均速VO流过温度为Tp、长为L的无限宽平板如图1所示。对平板绕流的流动过程、热传导过程以及所受到的剪切应力分布等进行数值模拟计算。 VO y Tp x L=1 m 对于平板于来流存在大温差的情况，必须考虑流体的可压缩性，为此我们假设来流是可压缩的。设来流为空气，来流参数如下： 来流流速 V=20m/s 动力粘度 u=1.89x10-5Pa·S 导热系数 λ=0.0247W/(m·K) 定压比热 Cp=1005J/(Kg·K) 来流温度 TO=300K 来流压强PO=101325Pa 由理想气体状态方程，来流气体的密度为 ρo=1.177Kg/m3 来流的雷诺数 Re=1.266x10x6 数学模型 本次模拟为稳态，故去除各方程的时间项。 （1）质量守恒方程 该过程为稳态模拟，去除时间项后为 （2）动量方程 （3）本构方程 （4）能量方程 （5）状态方程 本次模拟只是传热，不包括传质。 模型建立及边界条件 3.1利用Gambit建立计算区域和指定边界条件类型 步骤1：文件的创建及其求解器的选择 启动Gambit软件 建立新文件 在如下图所示文件创建框，输入kongqiliu作为创建的文件名。保存于d盘的plate 选择求解器 单击主菜单Solver在弹出的对话框中选择FLUENT5/6，即利用Fluent求解器求解。 步骤2：创建控制点 选择Operation-Geometry-Vertex打开如下图所示对话框 在左边XYZ坐标对应的三个文本框中依次输入四个控制点坐标分别为（0,0,0）、（1,0,0）、（1,1,0）、（0，1,0）创建后如下图所示 步骤3：创建边 选择Operation-Geometry-Edge，打开如下图所示对话框 在上图上面对话框中点击向上的箭头即可得到下面的对话框，选择2、3控制点单击向右的箭头在上面的框中单击Apply即可使2、3号控制点连线，同理把其余点依次连线组成矩形 步骤4：创建面 选择Operation-Geometry-Face即可打开一对话框，在Edges文本框中把四根线都选上，然后单击Apply，可以看到四根线变成蓝色表明面已经创立。利用Gambit软件右下角Global Control中Shade按钮就可以看到创建的面，如下图所示 步骤5：网格划分 边的网格划分 选择Operation-Mesh-Edges打开如下图所示的对话框 面的网格划分 选择Operation-Mesh-Face打开面的网格划分对话框，在Face文本框中选择face.1面Spacing值设置为1.0，且其后对应的项目是Interval size,单击Apple即可把上诉的面划分网格如下图所示 步骤6：边界条件类型的指定 选择Operation-Zones,打开如下图所示的对话框其中Name文本框是给边界命名Type是给边界类型指定，Edges选择边界，分别给1、3号边界命名Wall和SYMMETRY；4和2号边界分别就是入口边界名和出口边界,指定类型为VELOCITY_INLET和PRESSURE-OUTLET，可看到如下图所示的效果 步骤7：mesh文件的输出 选择File-Export-Mesh再打卡的对话框中输保存文件的文件名和存储路径单击Accept确定 利用Fluent求解器求解 步骤1：求解器的选择 由于本例涉及的是二维管道流动，故打开Fluent软件后在弹出的对话 框如下选择二维求解 步骤2：文件导入和网格操作 读入文件 File-Read-Case,选择前面保存的文件打开，如图 检查网格文件 Grid-Check,此操作是Fluent求解器对读入的网格文件进行检查 设计计算区域尺寸 由于Gambit作图时默认单位是mm。而Fluent默认单位是m，所以要通过Scale Gride对话框缩放