1、1目录一、问题描述 .2二、Gambit 前处理 2三、FLUENT 计算 6四、后处理 .152一、问题描述R = 1 0 c m4 5 2 0 c m1 0 c m1 0 0 c m5 c m二维流管尺寸如图所示，流体介质为水，入口速度为 3m/s，出口为一个标准大气压。采用 湍流模型计算。计算得到残差曲线，流场分布，入口迹线，速度云图，压力k（静压、动压、总压）云图，速度矢量分布图，出口速度 xyplot。二、Gambit 前处理1 启动 Gambit建立一个名为 plate 的文件夹，双击 Gambit 图标打开 Gambit Startup 窗口，在Working Directory
2、 右侧选择 plate 文件夹为工作目录，点击 按钮，启动 Gambit。图 1-12 创建节点打开 Geometry Command Button Vertex Command Button Create Real Vertex 。对话框，在 xoy 平面上创建 A（20,10） ，如图 1-2。以同样的方式创建点B（0,10 ） ，C （ 0,0） ，D（100,0 ） ，E（100,5）F（20,5） ， G（30,10） 。3 创建边点击 Geometry Command Button Edge Command Button Create Edge ，弹出创建直线对话框，点击 Vert
3、ices 右侧的黄色线框，按住 shift 键，顺序点3击 A、B、C、D、E、F 点，点击 ，可得创建的直线，如图 1-3 所示。图 1-2图 1-3点击 Geometry Command Button Edge Command Button Create Circular Arc，建立以 G 点为圆心的画弧，起始角度为 45，终止角度为 180，如图 1-4 所示。单击 ，得到的几何图形如图 1-6 所示。4图 1-4 图 1-5图 1-6图 1-7打开 Geometry Command Button Vertex Command Button Move/Copy Vertex ，复制圆弧
4、的起始点，复制的相对坐标（15 ，-15 ） ，如图 1-5 所示，连接圆弧的起始点和复制点，得到如图 1-7 所示。通过修剪命令得到封闭图形，如图 1-8 所示。图 1-83 创建面点击 Geometry Command Button Face Command Button Form Face ，打开创建面对话框，通过形成 face.1，如图 1-9 所示。图 1-95图 1-11图 1-104 创建网格点击 Mesh Command Button Face Command Button Mesh Faces ，对face.1 进行网格划分，采用 Quad 网格，采用 Pave 方式，划分的
5、尺寸设置为 0.2，如图 1-10 所示。点击 ，图形划分成的网格如图 1-11 所示。5 定义边界条件点击 Zones Command Button Specify Boundary Type Command Button ，根据条件要求，设置入口的速度边界，在 Type 中选择 VELOCITY_INLET，如图 1-12 所示。设置出口的压力边界，选择 PRESSURE_OUTLET，如图 1-13 所示。6 输出网格并保存文件求解器 FLUENT，设置好文件路径，导出 plate.mesh 文件，保存前处理文件，退出Gambit。6图 1-12 图 1-13三、FLUENT 计算1 启
6、动 Fluent-2ddp（）启动 Fluent。（）选择 2ddp 求解器，点击 按钮，如图 2-1 所示。2ddp 求解器是一个双精度求解器，常用于二维计算问题，增加了数值求解的精度。7图 2-1图 2-22 读取网格文件打开 FLUENT，选择 File 菜单下的 readcase 命令，读入 plate.mesh 文件得到反馈信息，如图 2-2 所示，有 22756 个四边形网格。3 检查并显示网格（1 ）检查网格有没有错误点击 GridCheck 。（2 ）调整尺寸及比例，Gridscale，在弹出的窗口中设置单位为 cm(系统默认单位为 m)， 如图 2-4 所示，点击 Scale
7、，可得到图 2-3 所示结果。（3 ）检查网格质量，Grid Smooth/Swap，弹出图 2-5 窗口，分别点击 Smooth 及Swap 直到 Number Face Swapped 右侧显示为 0。8图 2-3图 2-4 图 2-54 设置求解器（1）确定求解器参数点击 Define-Models-Solver，弹出求解器设置对话框，如图 2-6，点击 OK，即为系统默认算法。（2）确定紊流模型点击 Define-Models-Viscous，打开紊流模型选择对话框，根据题目要求选择 k- 模型，如图 2-7 所示。9图 2-6 图 2-7图 2-810图 2-9（3）定义流体属性选择
8、 Define-Materials，弹出设置对话框图 2-8，在 Fluent database 中选择流体的材料为水，单击 Copy，如图 2-9 所示，材料参数选择默认。（4）定义操作条件点击 DefineOperation Conditions，打开操作条件对话框，设置操作压为标准大气压（系统默认） ，如图 2-10 所示。这里不考虑重力问题，故不选择 Gravity。图 2-1011图 2-11 图 2-12（5）定义边界条件点击 DefineBoundary Conditions，打开边界条件对话框。如图 2-11 所示，在 Zones 项选择 fluid，Type 项对应 flui
9、d，点击 set 按钮，在设置对话框中 Material Name 右侧，选择 water-liquid，如图 2-12。同样，在 Zones 项选择 fluid，Type 项中对应 Velocity-inlet，点击 set 按钮设置入口速度边界条件，速度为 3m/s，如图 2-10 及图 2-15 所示。在 Zones 项选择 fluid，Type 项中对应 Pressure-outlet，点击 set 按钮设置出口压力边界条件，如图 2-11、2-16。图 2-13 图 2-1412图 2-15图 2-16设置固壁 WALL 的边界条件（系统默认算法） ，如图 2-17 所示。13图 2
10、-17图 2-185 求解(1)点击 SolveControls Solution，打开求解控制参数设置对话框。这里采用一阶离散方法进行计算，即如图 2-18 所示，在 Discretization 项中，momentum，Turbulent Kinetic Energy，Turbulent Dissipation Rate 项都选择 First Order 14Upwind。(2)设置流场初始值点击 SolveInitializeInitialize，打开求解初始化设置对话框 2-19。在 Compute From 下拉列表中选择 all-zones，点击 Init 按钮，完成流场初始化，点
11、击Close 按钮。图 2-19(3) 设置收敛临界值点击 Solve MonitorsResidual，打开残差监测对话框，如图 2-20 所示，在 Options项选择 Print 和 Plot。图 2-20 图 2-21（4）迭代计算。点击 SolveIterate，打开计算对话框，设置迭代步数为 1000 步，点击 Iterate，如15图 2-21 所示，开始计算。由图 2-22 可以看到，迭代计算 155 步后即收敛。与此同时，主窗口显示的残差各项数据已经满足收敛条件，得到如图 2-23 所示的 残差曲线。k图 2-22Scaled Residuals FLUENT 6.3 (2d
12、, dp, pbns, ske)Apr 24, 2013Iterations1601401201008060402001e+051e+041e+031e+021e+011e+001e-011e-021e-031e-041e-05epsilonky-velocityx-velocitycontinuityResiduals图 2-2316四、后处理1 绘制流场压强分布云图点击 DisplayContours，打开云图设置对话框。（1）在 Options 项中选中 Filled。在 Contours of 项选中 Velocity 和 Velocity Magnitude，如图 3-1 所示，得到
13、速度分布云图（即流场分布图） ，如图 3-3。在 Contours of 下，选择 Pressure 和 Static Pressure，得到静压强分布云图，如图 3-4。同理，在 Contours of 下，选择 Pressure 和 Dynamic Pressure 如图 3-2 所示。得到动压强分布云图，如图 3-5。在 Contours of 下，选择 Pressure 和 Total Pressure。得到总压强分布云图，如图 3-6。图 3-1 图 3-217Contours of Velocity Magnitude (m/s) FLUENT 6.3 (2d, dp, pbns,
14、 ske)Apr 24, 20137.56e+007.18e+006.80e+006.43e+006.05e+005.67e+005.29e+004.91e+004.54e+004.16e+003.78e+003.40e+003.02e+002.65e+002.27e+001.89e+001.51e+001.13e+007.56e-013.78e-010.00e+00图 3-3（速度云图）Contours of Static Pressure (pascal) FLUENT 6.3 (2d, dp, pbns, ske)Apr 24, 20132.81e+042.55e+042.28e+042
15、.01e+041.75e+041.48e+041.21e+049.48e+036.82e+034.16e+031.50e+03-1.16e+03-3.82e+03-6.49e+03-9.15e+03-1.18e+04-1.45e+04-1.71e+04-1.98e+04-2.25e+04-2.51e+04图 3-4（静压云图）Contours of Dynamic Pressure (pascal) FLUENT 6.3 (2d, dp, pbns, ske)Apr 24, 20133.62e+043.44e+043.26e+043.08e+042.90e+042.72e+042.54e+04
16、2.35e+042.17e+041.99e+041.81e+041.63e+041.45e+041.27e+041.09e+049.06e+037.25e+035.44e+033.62e+031.81e+031.34e+00图 3-5（动压云图）18Contours of Total Pressure (pascal) FLUENT 6.3 (2d, dp, pbns, ske)Apr 24, 20133.29e+043.15e+043.00e+042.85e+042.71e+042.56e+042.42e+042.27e+042.12e+041.98e+041.83e+041.69e+041
17、.54e+041.39e+041.25e+041.10e+049.55e+038.09e+036.63e+035.16e+033.70e+03图 3-6（总压云图）2 绘制矢量图点击 DisplayVectors，打开速度矢量图设置对话框。在 Vectors of 项选择 Velocity ，在 Color by 项选择 Velocity 和 Velocity Magnitude。保留其他默认设置，如图 3-7 所示，点击 Display 按钮。得到速度矢量图 3-8。图 3-719Velocity Vectors Colored By Velocity Magnitude (m/s) FLU
18、ENT 6.3 (2d, dp, pbns, ske)Apr 24, 20138.77e+008.33e+007.90e+007.46e+007.03e+006.59e+006.15e+005.72e+005.28e+004.84e+004.41e+003.97e+003.54e+003.10e+002.66e+002.23e+001.79e+001.36e+009.19e-014.83e-014.71e-02图 3-83 绘制截面速度图像（1）点击 SurfaceIso-surface，在 Surface of Constant 下拉菜单选择 Grid 及 X-Coordiante 项， I
19、so-Values 对应项填入 100，New Surface Name 改为 x=100，点击Create，如图 3-9，即创建面 x=100（出口边界） ，同样创建入口边界面 x=0。（2）点击 PlotXY Plot，打开绘图对话框，如图 3-10，在 Plot Direction 项中，X 设为 0，Y 设为 1。在 Y Axis Function 项，选择 Velocity 和 Velocity Magnitude，在 X Axis Function 项，选择 Direction Velocity。在 Surfaces 项选择 x=100，其他保留默认设置，如图 3-10，点击 Pl
20、ot 按钮，得到出口速度图像 3-11；同样，在 Surfaces 项选择 x=0，其他保留默认设置，点击 Plot 按钮，得到速度入口迹线，如图 3-12。 20图 3-9图 3-1021Velocity Magnitude FLUENT 6.3 (2d, dp, pbns, ske)Apr 24, 2013Position (cm)(m/s)MagnitudeVelocity54.543.532.521.510.507.00e+006.00e+005.00e+004.00e+003.00e+002.00e+001.00e+000.00e+00x=100图 3-11（出口速度）Velocity Magnitude FLUENT 6.3 (2d, dp, pbns, ske)Apr 24, 2013Position (cm)(m/s)MagnitudeVelocity1098765432103.00e+002.50e+002.00e+001.50e+001.00e+005.00e-010.00e+00x=0图 3-12（入口速度）
