《单管换热器数值计算》指导书。
能动教研室整理。
2024年3月。
第一章课程设计任务书。
1.1 设计目的：
1.学习掌握流体数值模拟计算的基本流程。
2.初步认识流体计算软件fluent，了解基本计算过程。
3.通过计算**换热器的影响因素。
1.2 设计内容：
1.复习课本，了解数值计算基本流程。
2.按照给定的模型尺寸，建立单管换热器三维模型。
3.将换热器三维模型进行网格划分，并设置边界条件。
4.将网格模型导入fluent，设置计算模型和边界条件并完成计算。
5.处理计算结果，得出结论。
6.将计算结果保存并完成课程设计报告。
1.3 设计要求：
1.设计开始前，了解基本流体计算常识。
2.课程设计独立完成，基本参数可自行设置。
3.独自完成报告。
第二章软件介绍。
2.1 gambit软件介绍。
gambit是fluent公司推出的一款网格生成软件（相对于计算结果的后处理，也有人习惯于把网格生成软件称为前处理软件），其主要功能包括几何建模和网格生成。 gambit主要是作为fluent的网格生成软件，因此也被称为fluent的御用网格生成软件。
由于gambit只支持unix环境，因此在其他操作系统下需要安装exceed来模拟unix运行环境。现在有的人关于exceed，gambit和fluent的关系搞不清楚，现在可以将其关系总结如下：
exceed：如果你是非unix系统，那么就必须安装，并且在gambit之前安装，与fluent的安装无关。
gambit软件的主要功能是网格划分，当然也有实体建模的功能，并可导入大多数三维建模软件的模型文件，其次是设置边界条件，最后导出网格。
2.2 fluent软件介绍。
fluent软件的主要功能是求解和后处理，读入来自gambit的网格数据后，设置相应参数后，迭代计算求解，最后进行结果的显示和输出。
第三章 gambit前处理。
3.1 gambit建立模型。
1.建立换热器套体模型。
1）做点：（0,0,0），（100,0,0），（0,100,0）。
2）以这三点作圆面。
3）拉伸圆面作圆柱（z轴正方向拉伸10000）。
2.重复步骤1；作出长1100，直径50，与套体同轴圆柱。
3.重复步骤1；作直径为25的冷水进出口。
4.合并这4个体。
5.分割该体，分别得到热水管路和冷水管路。
1）拉升线，edge.3作面，拉伸长度为1100（大于1050都可以）。
2）用该面去切割体1。
3）同样方法切割套体的进出口。
模型建立完成！
3.2 gambit划分网格。
1.热水管路网格（采用结构化网格）
1）划分face.4网格（大小为10）
2）划分face.5,13,17网格（大小为10）
3）划分体2网格（大小为10）
2.划分冷水管路网格（采用非结构化网格）
1）划分face.4网格（大小为10）
2）划分套体网格（大小为10）
3）划分冷水进出口网格，采用结构化网格（大小为10）
4）检查划分好的网格。
完成网格划分！！！
3.3 gambit边界条件定义。
1.关闭网格显示。
2.定义face.4（re-in）为速度入口（velocity_inlet）
3.同理定义：face.6（re-out）为pressure_outlet
face.7（leng-in）为速度入口（velocity_inlet）
face.11（leng-out）为pressure_outlet
face.5,13,17（re-wall）为wall
face.1,2,3,14,15（leng-wall）为wall
face.18,19（nei）为interior
边界条件定义完成！！输出网格文件（mes**件）
gambit网格划分完成，关闭gambit。
第四章 fluent前处理。
4.1导入并检查模型网格。
1.选择3d求解器启动fluent，2.导入mes**件。
3.检查网格（看是否负体积），并调整模型大小单位（默认大小为m，调整为mm）。
4.2 求解设置。
1.选择求解器。相应设置如图（pressure based 压力基适用于低速不可压流，density based 密度基适用于高速可压流；求梯度的方法选择green-gauss node based，非常适合于非结构网格。
implicit 隐式消耗内存，收敛快；explicit 显式节省内存，收敛慢。
2.开启能量方程并选择求解模型（选择k-e模型，其他设置默认）。
3.定义流体属性和固体属性。
4.设置边界条件。
边界设置如下表所示：（表中参数可修改）
4.3 fluent求解过程。
1.迭代计算。
点击iterate后开始迭代，在迭代过程中会显示残差图，判断收敛情况，本例大约需迭代600步，用时30分钟（具体时间和计算机能力相关）。
2.生成的残差图。
第五章后处理。
5.1 fluent后处理。
1.中轴面上结果图。
选中filled，display显示压力云图。
速度图：温度图：
2.换热器速度矢量图。
3.换热器内流线图。
4.提取冷热水出口平均温度。（导出温度数据处理）
分析出口温度，完成设计报告）
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