文档介绍：第五章 FLOTRAN层流和湍流分析算例
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 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
-s; Kg/m-s
空气密度 Kg/m3
空气粘性 *10-5 Kg/m-s
进口速度 m/s
出口压力 0 nt/m2
分析过程如下:
第1步:进入ANSYS
参见ANSYS Operation Guide
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
5 点取OK
6 在工具栏(Toolbar)窗口中点取SAVE_DB
7 进入Main Menu>Preprocessor>-Modeli