Fluent管道計(jì)算的案例
管道的熱固耦合計(jì)算及管道熱應(yīng)力分析!
一、案例簡介
如圖1 所示的管道，水平管道長度為150mm，直徑為24mm，豎直管道直徑為16mm，高度為50mm，分別距離左端面45mm 和95mm，整體管道壁厚為2mm。20℃的低溫水從左端的入口流入，流速為1m/s，50℃的液態(tài)水和80℃的液態(tài)水分別從豎直的管道流入，流速均為0.5m/s，冷熱水流混合后從右端流出，周圍的環(huán)境溫度為20℃。
圖1 管道結(jié)構(gòu)示意圖
二、設(shè)計(jì)思路
幾何模型建立
流體域網(wǎng)格劃分
Fluent 計(jì)算
溫度加載
穩(wěn)態(tài)熱分析
溫度加載
熱應(yīng)力分析
三、模型建立
在workbench 的工具箱中拖拽Fluid Flow（Fluent）、Steady-State Thermal 和Static Structural模塊進(jìn)入工作界面中，數(shù)據(jù)傳送關(guān)系如圖2 所示。
圖2 數(shù)據(jù)傳送關(guān)系
在SolidWorks 中建立相應(yīng)模型， 并轉(zhuǎn)化成ansys 適用的x_t 格式。
展開 FLUENT管道內(nèi)氣體擴(kuò)散模擬
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本教程演示了管道內(nèi)釋放某氣體后擴(kuò)散的模擬過程。
啟動(dòng)FLUENT并導(dǎo)入網(wǎng)格
（1）在Windows系統(tǒng)下執(zhí)行“開始”→“所有程序”→ANSYS 2021→Fluid Dynamics→Fluent 2021命令，啟動(dòng)Fluent 2021。
（2）單擊主菜單中File→Read→Mesh命令，導(dǎo)入.msh網(wǎng)格文件。
定義模型
（1）單擊命令結(jié)構(gòu)樹中General按鈕，彈出General（總體模型設(shè)定）面板，在Solver中Time選擇Transient，進(jìn)行瞬態(tài)計(jì)算。
設(shè)置湍流模型
（1）在模型設(shè)定面板Models中雙擊Viscous按鈕，彈出Viscous Models對話框，在Model中選擇Realizable k-epsilon，單擊OK按鈕確認(rèn)。
設(shè)置多組分模型
（1）在模型設(shè)定面板Models中雙擊Species按鈕，彈出Species Model對話框，選擇Species Transpor，Miture Material選擇propane-air。
展開 基于fluent的管道風(fēng)扇氣動(dòng)噪聲分析
1風(fēng)扇流場分析
1.1案例介紹
風(fēng)扇可以用于發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻等很多場景，合理的風(fēng)扇設(shè)計(jì)將極大地提高風(fēng)扇的效率，但由于管道風(fēng)扇內(nèi)部流動(dòng)非常復(fù)雜，通過理論計(jì)算對其流動(dòng)進(jìn)行定性分析十分困難，風(fēng)洞試驗(yàn)雖然可以得到其流動(dòng)參數(shù)和噪聲特性，但也無法對流場內(nèi)部的流動(dòng)細(xì)節(jié)進(jìn)行描述。
本案例演示如何利用Fluent進(jìn)行風(fēng)扇流動(dòng)特性和噪聲特性計(jì)算。
1.2幾何建模和流場計(jì)算域建立
本案例風(fēng)扇外徑為384mm，輪轂直徑為140mm，輪轂比為0.365，8扇葉均勻分布，外流場建模充分考慮到進(jìn)氣試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，入口區(qū)長度至少為入口處管道直徑的六倍；而出口區(qū)的長度則應(yīng)保證至少為出口位置管道直徑的十倍；至于旋轉(zhuǎn)流體區(qū)，是指包含了風(fēng)扇本體以及周圍流場的圓柱體區(qū)域，應(yīng)當(dāng)保證其尺寸盡量靠近風(fēng)扇葉片的直徑，最終風(fēng)扇模型和外流場模型分別如下圖所示。
1.3模型網(wǎng)格的劃分
網(wǎng)格生成作為仿真計(jì)算中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其結(jié)果直接控制了后續(xù)計(jì)算過程的效率與精度。為了保證劃分結(jié)果的質(zhì)量，應(yīng)選擇合適的網(wǎng)格尺寸，防止太疏或太密的網(wǎng)格產(chǎn)生，在流量梯度較大的流動(dòng)區(qū)域內(nèi)，應(yīng)當(dāng)盡量提高網(wǎng)格質(zhì)量（高細(xì)密度，較小的歪斜度）；至于梯度小的區(qū)域可以在保證精度的基礎(chǔ)上適當(dāng)較少網(wǎng)格數(shù)目。
本案例旋轉(zhuǎn)流體區(qū)由于包含了風(fēng)扇本體且流動(dòng)情況最為復(fù)雜，為了保證足夠的計(jì)算精度，該區(qū)域網(wǎng)格尺寸最小。管道區(qū)網(wǎng)格尺寸較旋轉(zhuǎn)區(qū)略大，最終劃分結(jié)果如下圖。
1.4邊界條件設(shè)定與旋轉(zhuǎn)模型選取
完成網(wǎng)格生成后需進(jìn)行邊界條件的設(shè)置。
展開 FLUENT管道內(nèi)沖刷腐蝕模擬
8 計(jì)算求解
（1）單擊主菜單中Solve→Run Calculation按鈕，彈出Run Calculation（運(yùn)行計(jì)算）面板。
在Number of Iterations中輸入1000，單擊Calculate開始計(jì)算。
（2）計(jì)算收斂完成后，單擊單擊主菜單中File→Close Fluent按鈕退出FLUENT界面。
9 結(jié)果后處理
（1）雙擊C4欄Results項(xiàng)，進(jìn)入CFD-Post界面。
（2）單擊任務(wù)欄中 （云圖）按鈕，彈出Insert Contour（創(chuàng)建云圖）對話框。輸入云圖名稱為“erosion”，單擊OK按鈕進(jìn)入云圖設(shè)定面板。
（3）在Geometry（幾何）選項(xiàng)卡中Locations選擇wall document，Variable選擇Dpm Erosion Rate Finnie，單擊Apply按鈕創(chuàng)建腐蝕速率云圖。
展開 
FLUENT管道內(nèi)固體顆粒模擬
選擇anthracite，在Density處填入2400，單擊Change/Create按鈕并關(guān)閉Fluent Database Materials對話框。
6 設(shè)置邊界條件
（1）單擊主菜單中Setting Up Physics→Zones→Boundaries按鈕啟動(dòng)的邊界條件面板。
（2）在邊界條件面板中，選擇inlet，Phase選擇phase-1，單擊Edit按鈕彈出邊界條件設(shè)置對話框。Velocity Magnitude輸入1.1，單擊OK按鈕確認(rèn)退出。
7 求解控制
（1）單擊主菜單中Solving→Controls→Controls按鈕，彈出Solution Controls（松弛因子控制）面板。在Under-Relaxation Factor中Pressure中填入0.7，Momentum中填入0.3。
8 初始條件
（1）單擊主菜單中Solving→Initialization按鈕，彈出Solution Initialization（初始化設(shè)置）面板。
Initialization Methods中選擇Standard Initialization，單擊Initialize按鈕進(jìn)行初始化。
9 計(jì)算求解
（1）單擊主菜單中Solve→Run Calculation按鈕，彈出如圖16-28所示Run Calculation（運(yùn)行計(jì)算）面板。
在Time Step Zize中輸入0.001，Number of Iterations中輸入3000，勾選Data Sampling forTime Statistics，單擊Calculate開始計(jì)算。
展開 fluent三角形截面管道氣體流動(dòng) ￥20
1. 仿真條件
2. 仿真結(jié)果(情形4)
Fluent 摻氫天然氣管道泄露擴(kuò)散過程仿真(一)
<p>本案例對埋地?fù)綒涮烊粴?em>管道在土壤多孔介質(zhì)影響下的氣體泄漏擴(kuò)散規(guī)律展開了仿真計(jì)算。主要涉及到多孔介質(zhì)，組分傳輸，局部初始化三個(gè)部分。計(jì)算模型依據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行設(shè)置，對摻氫20%的天然氣泄漏擴(kuò)散情況展開分析，通過對該案例的學(xué)習(xí)與掌握，后續(xù)可以對制定管道泄露應(yīng)急決策方案進(jìn)行相關(guān)指導(dǎo)。</p><p><br></p><p><strong>1 workbench 設(shè)置</strong></p><p>本案例的計(jì)算模塊如下圖所示：</p><p><img src="https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_png/6OCfD1OjTxpXGRhdSbGgRj7IyicwxCoUyzd408XKBeb96yj80iaDQlNHoX6h7hTjouLic1vROju7BErketGTloVtA/640?wx_fmt=png&from=appmsg"></p><p><br></p><p><strong>2 SCDM 設(shè)置</strong></p><p><strong>2.1 導(dǎo)入幾何</strong></p><p>依據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)，對幾何模型進(jìn)行建立，其中管道為wall，y軸上方壁面為壓力出口，其他面位symmetry，管道泄露孔為φ=10mm的壓力入口，具體幾何尺寸如下：</p><p><img src="https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_png/6OCfD1OjTxpXGRhdSbGgRj7IyicwxCoUywo4JxvkEbn2icVY7uFSJhhGfIvRI0ick87ne232cbqZfUV3w6ktib51nw/640?
展開 Ansys排水管道計(jì)算
Ansys排水管道計(jì)算
Ansys排水管道計(jì)算.txt
定制ANSYS工具條.txt
水灌內(nèi)流固耦合問題Ansys實(shí)現(xiàn).txt
35 Fluent實(shí)用案例 | 摻氫天然氣管道泄露擴(kuò)散過程仿真
本案例對埋地?fù)綒涮烊粴?em>管道在土壤多孔介質(zhì)影響下的氣體泄漏擴(kuò)散規(guī)律展開了仿真計(jì)算。主要涉及到多孔介質(zhì)，組分傳輸，局部初始化三個(gè)部分。計(jì)算模型依據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)進(jìn)行設(shè)置，對摻氫20%的天然氣泄漏擴(kuò)散情況展開分析，通過對該案例的學(xué)習(xí)與掌握，后續(xù)可以對制定管道泄露應(yīng)急決策方案進(jìn)行相關(guān)指導(dǎo)。
1 workbench 設(shè)置
本案例的計(jì)算模塊如下圖所示：
2 SCDM 設(shè)置
2.1 導(dǎo)入幾何
依據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)，對幾何模型進(jìn)行建立，其中管道為wall，y軸上方壁面為壓力出口，其他面位symmetry，管道泄露孔為φ=10mm的壓力入口，具體幾何尺寸如下：
2.2 網(wǎng)格設(shè)置
采用Fluent meshing進(jìn)行網(wǎng)格劃分，對泄漏孔附近網(wǎng)格進(jìn)行加密，具體的網(wǎng)格劃分如下圖所示：
3 FLUENT 設(shè)置
3.1 General設(shè)置與網(wǎng)格導(dǎo)入
首先導(dǎo)入網(wǎng)格，因?yàn)槭茄芯繑U(kuò)散規(guī)律，因此需要開始瞬態(tài)，具體設(shè)置如下圖所示。
展開 fluent驗(yàn)證案例002：均勻加熱管道內(nèi)的層流流動(dòng)
1.1 幾何模型
管道長度為0.1m，半徑為0.0025m。
1.2 材料參數(shù)
密度：13529kg/m3；比熱容：139.3J/kg-k；粘度：0.001523kg/m-s；導(dǎo)熱系數(shù)：8.54w/m-k。
1.3 邊界條件
進(jìn)口速度：充分發(fā)展的層流； 進(jìn)口溫度：300k； 壁面熱通量：5000w/m2。
2 解析解
解析解可參考：
? F.M. White. Fluid Mechanics . 3rd Edition. McGraw-Hill Book Co., New York, NY. 1994.
”
注：可在公眾號回復(fù)“FM”獲取。
3 fluent求解
3.1 General設(shè)置
設(shè)置為軸對稱模型。
3.2 model設(shè)置
打開能量方程，選擇層流模型。
3.3 materials設(shè)置
材料設(shè)置如圖所示。
3.4 cell zone conditions設(shè)置
修改為流體區(qū)域。
3.5 boundary conditions設(shè)置
用表達(dá)式指定入口速度。
給壁面施加熱通量。
展開 338-管道傳熱單向流固耦合（Fluent-Static Structral）仿真
中心管（內(nèi)徑85mm外徑110 ）一側(cè)為熱水（320K，11.4mpa）入口，另一側(cè)為水口；
外部翅片內(nèi)空，通過小管與中心管相通，翅片外部視為直接與大氣接觸；
管道材質(zhì)為鋼steel。
一、流體網(wǎng)格劃分設(shè)置
圖1 流體仿真網(wǎng)格
圖2 網(wǎng)格設(shè)置（Size Function使用Proximity and Curvature，其它默認(rèn)）
二、FLUENT仿真設(shè)置
圖1 求解器設(shè)置（壓力基求解器，穩(wěn)態(tài)計(jì)算）
圖2 開啟能量方程
圖3 湍流模型設(shè)置
圖4 流體材料屬性設(shè)置
圖5 固體材料屬性設(shè)置
圖6 固體域設(shè)置
圖7 流體域設(shè)置
圖8 入口設(shè)置
圖9 出口設(shè)置
圖10 外殼換熱條件設(shè)置
圖11 求解方式設(shè)置（開始使用默認(rèn)，計(jì)算一定步數(shù)后均改為二階迎風(fēng)——即圖中所示）
圖12 松弛固子設(shè)置
圖13 初始化設(shè)置（從入口開始計(jì)算）
三、靜力學(xué)仿真設(shè)置
圖1 使用默認(rèn)網(wǎng)格設(shè)置
圖2 約束設(shè)置（將兩端設(shè)置為固定約束）
圖3 流體載荷導(dǎo)入（使用Imported Load選項(xiàng)導(dǎo)入流體壓力和溫度載荷）
基本結(jié)果
展開 
管道阻力對揚(yáng)程的影響及管損計(jì)算！
大家都知道，管道是一種固體物，水是容易流動(dòng)的物質(zhì)，如果管道內(nèi)的水是流動(dòng)的，必定有一部分能量轉(zhuǎn)化為熱能而“消滅”，也就是丟失了一部分水壓（或稱揚(yáng)程），這是客觀事物的反映，是水流運(yùn)動(dòng)的必然規(guī)律。通常，我們將這種能量轉(zhuǎn)變的現(xiàn)象，稱之為能量損失（或稱水力損失、損失揚(yáng)程）。它以米為計(jì)算單位。
管道阻力對揚(yáng)程的影響有多大？
有些用戶經(jīng)過測量，雖然蓄水池或水塔到水源水面的垂直距離還略小于水泵揚(yáng)程，但還是提水量小或提不上水。其原因常是管道太長、水管彎道多，水流在管道中阻力損失過大。
一般情況下90度彎管比120度彎管阻力大，每一90度彎管揚(yáng)程損失約0.5-1米，每20米管道的阻力可使揚(yáng)程損失約1米。此外，有部分用戶還隨意更改水泵進(jìn)、出管的管徑，這些對揚(yáng)程也有一定的影響。那，管道阻力對揚(yáng)程的影響究竟有多大呢？下面，我們來看下方表格。
你是否清楚管道水流產(chǎn)生水力損失的原因？
一、是管壁粗糙的阻滯作用。
二、是水流各流層間的相對運(yùn)動(dòng)。
三、是管件內(nèi)水流局部急劇變化形成的漩渦。管路（網(wǎng)）水力損失由沿程和局部兩部分組成。在工程上，我們必須要計(jì)算知道它的數(shù)量多少，才能正確地選用水泵，確定所需要的水泵揚(yáng)程。
管路沿程損失是發(fā)生在水流的全部流程上的摩擦阻力，它與管壁粗糙度、管長、管徑、流速等有關(guān)，根據(jù)水力學(xué)原理，可以建立它的關(guān)系式。
沿程損失與管壁粗糙度有關(guān)的沿程摩擦系數(shù)成正比關(guān)系，不同的管材其粗糙度不同，鑄鐵管比較粗糙，沿程摩擦系數(shù)就大些；塑料管比較光滑，沿程摩擦系數(shù)就小些。與管子長度成正比關(guān)系；與管徑成反比關(guān)系，就是說，當(dāng)流量一定時(shí)，管徑小、流速快，則沿程損失大；還與流速的平方值成正比關(guān)系。當(dāng)然計(jì)算比較繁瑣，簡單的方法可以估算。
展開 基于ICEM CFD+Fluent+Tecplot360的管道流體分析及后處理
圖12網(wǎng)格輸出
2.2 FLUENT求解操作
Step 1：啟動(dòng)FLUENT主程序（介紹界面基本操作），導(dǎo)入ICEM CFD到處的*msh文件，檢查網(wǎng)格質(zhì)量，設(shè)置溫度單位，如下圖。
圖13讀入網(wǎng)格并檢查網(wǎng)格質(zhì)量
Step 2：選擇基本的物理模型。
圖14選擇采用的基本物理模型
Step 3：設(shè)置材料屬性。
圖15材料設(shè)置
Step 4：設(shè)置計(jì)算區(qū)域條件。
圖16參數(shù)設(shè)置
Step 5：設(shè)置邊界條件。
圖17邊界條件設(shè)置
Step 6：初始化流場。
圖18流場初始化界面
Step 7：設(shè)置迭代步數(shù)并計(jì)算。
展開 某鋼廠二棒線及二高線加熱爐長路徑管道系統(tǒng)阻力計(jì)算 ￥15
本次模擬對象為某鋼廠二棒線及二高線加熱爐管道及除塵器，共2套系統(tǒng)：1）煤煙脫硫除塵系統(tǒng)；2）空煙脫硫除塵系統(tǒng)；煤煙系統(tǒng)中二棒加熱爐煤煙及2臺高線加熱爐煤煙共3路煙氣混合后進(jìn)入SDS脫硫除塵裝置，經(jīng)脫硫除塵后通過引風(fēng)機(jī)排放；空煙系統(tǒng)中二棒加熱爐空煙及2臺高線加熱爐空煙共3路煙氣混合后進(jìn)入SDS脫硫除塵裝置，經(jīng)脫硫除塵后通過引風(fēng)機(jī)排放。現(xiàn)采用CFD技術(shù)對上述兩套系統(tǒng)100%負(fù)荷及50%負(fù)荷時(shí)，各支管阻力、母管及脫硫除塵系統(tǒng)總阻力計(jì)算。
長路徑管路建模分析時(shí)，管路幾何建模簡化原則：保留關(guān)鍵特征（彎頭、閥門、變徑管），簡化次要結(jié)構(gòu)（法蘭、小支管）。長直管段可用等效粗糙度代替詳細(xì)幾何（節(jié)約計(jì)算資源）。
網(wǎng)格要求：近壁區(qū)網(wǎng)格y+≈30~300（壁面函數(shù)法）或y+≤1（低Re數(shù)模型）。彎頭、閥門處加密網(wǎng)格（邊界層至少3層），直管段可適當(dāng)粗化。
2、 計(jì)算模型及邊界條件
2.1 模型建立
根據(jù)圖紙進(jìn)行三維建模，含3路進(jìn)口管道及除塵器，模型如下：
圖1（a）煤煙系統(tǒng)三維模型
圖1（b）煤煙系統(tǒng)各監(jiān)測面位置
圖2（a）空煙系統(tǒng)三維模型
圖2（b）空煙系統(tǒng)各監(jiān)測面位置
2.2 邊界條件
計(jì)算參數(shù)如下，進(jìn)口邊界條件為速度進(jìn)口，各進(jìn)口速度見下表。出口邊界條件為壓力出口，壓力值為0Pa。湍流模型采用標(biāo)準(zhǔn)k-ε模型，壁面函數(shù)為標(biāo)準(zhǔn)壁面函數(shù)，固壁面設(shè)置為無滑移壁面，濾袋設(shè)定為多孔介質(zhì)邊界。
展開 FLUENT多相流案例之七：基于DPM離散項(xiàng)模型的管道磨蝕仿真 ￥9
考慮一截直管連接兩個(gè)90度彎管組成的管道模型。水以10m/s速度從入口進(jìn)入，定義出口為流出邊界。考慮恒溫情況下的穩(wěn)態(tài)湍流條件下，密度為1500kg/m3的顆粒從管道入口釋放，初始速度為10m/s，顆粒直徑為200微米，顆粒質(zhì)量流量為1 kg/m3。壁面的法向和切向反射系數(shù)是質(zhì)點(diǎn)碰撞角的多項(xiàng)式函數(shù)，磨蝕模型定義了沖擊角函數(shù)來表示管道壁面的韌性沖蝕(即以較淺角度沖擊管壁的顆粒比以較高角度沖擊管壁的顆粒造成的侵蝕率更高)。參考沙子的參數(shù)，定義直徑函數(shù)為1.8e?9，速度指數(shù)函數(shù)為2.6。
磨蝕仿真計(jì)算結(jié)果
收費(fèi)文件列表
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