1、【精品文檔】如有侵權，請聯系網站刪除，僅供學習與交流數值傳熱學大作業.精品文檔.數值傳熱學大作業燃燒室出口換熱與流動的數值模擬 學 院 專業班級 學 號 姓 名 燃燒室出口換熱與流動的數值模擬摘要：本文針對穩態、層流、常物性的燃燒室出口的換熱與流動問題，采用商業軟件FLUENT進行了數值模擬。通過數值模擬，本文得到了溫度分布和速度分布，計算得到三種流體各自的換熱量以及漏斗狀壁面兩側煙氣和空氣的局部的表面對流換熱系數。1物理問題描述某圓柱形燃燒室出口截面結構如圖1-1所示，燃燒產生的高溫煙氣從燃燒室流出后在圖1標號為的位置進入圖中漏斗結構，最終從流出。冷卻水從標號為的位置進入“水套”結構，由流出

2、；常溫空氣從標號為的位置流入空氣流道，分別與高溫煙氣和冷卻水發生熱交換，最終從流出。圖1-1 燃燒室出口結構：煙氣入口；煙氣出口；空氣流道入口；空氣流道出口冷卻水入口；冷卻水出口表1給出了該結構的幾何參數，漏斗狀的結構（圖1中標號為A的結構）、水套（圖1中標號為B的結構）的壁厚均為5mm，材料為鋼，過程是穩態。給定工況和給定的流體參數如表2所示： 表1 幾何參數D1/mmD2/mmD3/mmL1/mmL2/mmL3/mm246022621220814124445 表2 工質工礦與流體參數 入口溫度/質量流量/高溫煙氣17000.2312900.11 185空氣151.5310100.02520

3、0冷卻水20100041800.620000鋼14.2 為了方便計算，在數值模擬中，本文做了一些假設： （1）流體的物性都是固定的； （2）流體中的粘性耗散度忽略不計； （3）流動及換熱處于穩態、層流、充分發展狀態； （4）假設流體流動過程中不存在熱輻射的情況。 2控制方程及求解方法考慮幾何對稱性，將問題簡化為一個2D模型，則該問題中的控制方程如下。連續性方程：動量方程：能量方程：本文采用了SIMPLE算法進行求解。SIMPLE算法自1972年問世以來在世界各國計算流體力學及計算傳熱學界得到了廣泛的應用，這種算法提出不久很快就成為計算不可壓流場的主要方法，隨后這一算法以及其后的各種改進方案成功

4、的推廣到可壓縮流場計算中，已成為一種可以計算任何流速的流動的數值方法。 SIMPLE算法的基本假設：速度場的假定與壓力場的假定各自獨立進行，二者無任何聯系。對假定壓力場的修正通過已求解的速度場的質量守恒條件得到。中間速度通過求解當前壓力得到，如果求解速度不能滿足質量守恒條件，對過對壓力添加一個修正量修正，速度場也隨之得以修正。 第二假設：在做速度修正時，忽略不同位置的速度修正量之間的影響。SIMPLE算法的具體步驟如下： (1)假定一個速度分布u0,v0,以此計算動量離散方程的系數與常數項。 (2)假定一個壓力場p*。 (3)利用p*求解動量離散方程,得出u*、v*。 (4)求解壓力修正值p。

5、 (5)利用p及u*、v*求改進速度值u、v。 (6)根據改進后的速度求解離散方程系數及源項中有影響流場的其他物理量。 (7)用改進后的壓力場作為下一次迭代的p*，直至迭代收斂。3網格劃分及數值模擬本文采用結構化網格，選擇使用ICEM軟件來劃分網格。運用成熟的商業軟件FLUENT來進行數值模擬。求解方法采用SIMPLE方法，壓力離散方式選用Standard格式，動量和能量離散格式選用QUICK格式。松弛因子全部設為0.3。初始化方法選用Hybrid Initialization。4計算結果經數值模擬收斂后得到溫度分布圖和速度分布圖分別如圖4-1和圖4-2所示。圖4-1 溫度分布圖圖4-2 速度分布圖經過計算可得煙氣換熱量為5906W，空氣換熱量為5854W,水換熱量為44W，煙氣