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技术平台表4.1电器1电器2电器3电器4电器5电器6电器7电压/V实际242242241242232242232显示242242241242232242231电流/mA实际 6.213.51829.625.548.536.76357显示61318292548366000功率/W实际 1.09 1.5449.6 3.5 6.2 5.41474.8显示114433551468功率因数实际0.790.51710.570.450.571显示0.820.540.890.590.490.571表4.2电器电器1电器2电器3电器4电器5电器6电器7是否可学习和识别√√√√√√√5 结论本次设计实现了实时分析监测一个至七个用电器的电能参数，在LCD显示屏上显示电压、电流、有功功率和功率因数。
任意拔插某一个或几个电器可以识别出插座上存在的电器类型。
该装置可应用了事业单位、学校等公共场所，也可用于普通家庭，具有良好的应用前景。
参考文献：［1］黄迪.物联网的应用和发展研究［D］.北京邮电大学，2011.［2］程媛.家用电器负荷在线参数辨识方法的研究［D］.华北电力大学(北京)，2016.［3］刘博.非侵入式电力负荷监测与分解技术［D］.天津大学，2014.［4］王正刚，柏受军.基于STM32的单相用电器分析监测装置设计［J/OL］.铜仁学院学报,2018.［5］刘子扬.单相电力仪表的设计与应用［J］.电子制作，2016.基于ANSYS软件的压力管道内部 流场数值模拟郭洪锍（江苏省特种设备安全监督检验研究院泰州分院，江苏 泰州 225300）摘 要：利用理论计算和数值模拟对压力管道内流场进行分析，得出压力管道弯管处流场的速度和压力分布云图,为今后的压力管道的设计和使用提供借鉴。
关键词：ANSYS；数值模拟；压力管道0 引言作为特种设备的压力管道在国民生产中的应用非常广泛，在油汽运输领域更是发挥着极其重要的作用。
由于压力管道尤其是埋地压力管道的安全与其选用的材料、外界环境和内部介质密切相关，长期以来对压力管道的研究就从未间断，本文通过对压力管道内部流场特别是弯管处流场的理论计算和数值模拟，得到了合理的结果，为压力管道的设计研究提供一定的理论依据。
ANSYS流体流动场分析指南流体流动场分析是一种在工程领域中广泛应用的数值模拟方法，它可以帮助工程师了解和预测流体在给定几何结构中的行为。
ANSYS是一种流体流动场分析软件，它提供了各种工具和功能，使工程师能够进行高质量的流体流动场分析。
本指南将介绍ANSYS流体流动场分析的一般步骤和技巧，以帮助初学者有效地进行流体流动场分析。
1.准备工作在进行流体流动场分析之前，需要进行一些准备工作。
首先，需要准备好几何模型，包括流体流动区域和周围环境的几何形状。
其次，需要根据实际情况选择合适的流体模型，例如是液体还是气体，以及流体的物理特性，如密度、黏度等。
最后，需要准备好边界条件，包括入口速度、出口压力等。
2.创建模型在ANSYS中创建模型是流体流动场分析的第一步。
可以使用ANSYS提供的几何建模工具创建几何结构，也可以导入其他CAD软件创建的几何模型。
在创建模型时，需要确保流动区域的几何结构合理且尽可能简化，以便提高计算效率。
3.网格划分在进行流体流动场分析之前，需要将几何结构划分为离散的网格。
合理的网格划分对于准确和有效地求解流体流动方程非常重要。
ANSYS提供了各种网格划分工具，如自动网格划分和手动网格划分工具。
在进行网格划分时，需要注意网格的稳定性和精度，以及网格重构的技巧。
4.设置边界条件在进行流体流动场分析之前，需要设置边界条件。
边界条件包括入口速度、出口压力、壁面条件等。
设置合适的边界条件对于准确模拟实际流体流动行为非常重要。
在设置边界条件时，需要根据实际情况并考虑流体流动方程的边界条件。
5.定义物理模型在进行流体流动场分析之前，需要定义物理模型。
物理模型包括流体的物理特性，如密度、黏度等，以及流体流动的物理现象，如湍流、热传导等。
在定义物理模型时，需要根据实际情况选择合适的模型，并根据流体流动行为进行合理的假设。
6.求解流动方程在进行流体流动场分析之前，需要求解流动方程。
流动方程描述了流体在给定几何结构中的流动行为。
第4 章FLOTRAN流体分析典型工程实例ANSYS程序中的FLOTRAN CFD流体分析是一个用于分析二维及三维流体流动场的先进工具。
本章重点通过实例讲解介绍FLOTRAN CFD流体分析在工程上的一些典型应用。
本章要点如何解决流体力学问题FLOTRAN流体分析典型工程实例本章案例三维U型管道速度场的数值模拟实际生活中射流现象的数值模拟4.1 如何解决流体力学问题在流体力学的研究中，常用的方法有理论研究方法、数值计算方法和实验研究方法。
理论研究方法的特点是：能够清晰、普遍地揭示出流动的内在规律，但该方法目前只局限于少数比较简单的理论模型。
研究更复杂更符合实际的流动一般采用数值计算方法，它的特点就是能够解决理论研究方法无法解决的复杂流动问题，如常见的航空工程、气象预报、水利工程、环境污染预报、星云演化过程等。
实验研究方法的特点就是结果可靠，但其局限性在于相似准侧不能全部满足、尺寸限制、边界影响等。
数值计算方法和实验研究方法相比，它所需的费用和时间都比较少，并且有较高的精度，但它要求对问题的物理特性有足够的了解（通过实验方法了解），并能建立较精确的描述方程组（通过理论分析）。
对于流体力学的数值模拟常采用的步骤如下。
（1）建立力学模型通过流动分析，采用合理的假设与简化，建立力学模型。
假设与简化：连续介质与不连续介质；理想流体与粘性流体；不可压缩流体与可压缩流体；定常流动与非定常流动。
（2）建立数学模型根据力学模型，建立描述力学模型的数学方程组，并利用无量钢化、量纲分析、引进新的物理参数、经验或半经验公式等方法对基本方程组进行简化，得到相应流动的求解方程组，再根据具体的流动条件确定流动的初始条件和边界条件。
描写流体运动的两种方法：拉格朗日方法和欧拉方法。
（3）求解方法●准确解法：解析解●近似解法：近似解、数值解●实验解法：相似解（4）求解结果速度分布、压力分布、合力、阻力、能量耗散等物理量的求解结果。
第五章FLOTRAN层流和湍流分析算例一、问题描述二、分析方法及假定三、几何尺寸及流体性质四、分析过程第1步：进入ANSYS第2步：设置分析选择第3步：定义单元类型第4步：生成分析区域的几何面第5步：定义单元形状第6步：划分有限元网格第7步：生成并应用新的工具栏按钮第8步：施加边界条件第9步：求解层流第10步：观察层流分析的结果第11步：确定流体粘性如何影响流场特性第12步：进行湍流分析第13步：对新的出口区划分网格第14步：施加湍流分析的载荷第15步：改变FLOTRAN分析选项和流体性第16步：进行求解第17步：将流体速度结果以向量图和路径图的方式进行显示第18步：绘制压力等值线图第19步：退出ANSYS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。
ANSYS流体流动场分析指南ANSYS是一款强大的工程仿真软件，可以用于流体力学分析。
在进行流体流动场分析之前，我们需要进行一系列准备工作，包括建立几何模型、网格划分、设定物理模型、设定求解器和后处理结果等。
下面是ANSYS流体流动场分析的详细指南。
1.建立几何模型：在进行流体流动场分析之前，我们需要先建立几何模型来描述流体流动的几何形状。
可以使用ANSYS提供的几何建模工具（如DesignModeler）或导入外部几何模型。
2.网格划分：在建立几何模型之后，需要对几何体进行网格划分，将其分割为有限的小单元。
ANSYS提供了多种网格划分工具（如ICEMCFD），可根据具体问题选择合适的划分方法和参数。
3.设定物理模型：在进行流体流动场分析之前，需要设定物理模型，包括流体的性质（如密度、粘度）、边界条件（如入口速度、出口压力）和物理现象（如湍流、传热）。
可以根据具体问题选择合适的物理模型和参数。
4.设定求解器：在设定了几何模型、网格和物理模型之后，需要选择合适的求解器来求解流体力学方程。
ANSYS提供了多种求解器（如FLUENT），可根据具体问题选择合适的求解器和求解方法。
5.设置求解参数：在进行流体流动场分析之前，需要对求解器进行进一步的设置，包括时间步长、收敛准则和数值格式等。
这些参数的选择将直接影响计算结果的准确性和计算效率。
6.进行数值模拟：在完成前面的准备工作之后，可以开始进行数值模拟，求解流体力学方程，得到流场的分布情况。
可以通过单步计算或迭代计算的方式进行求解，直到满足收敛准则为止。
7.后处理结果：在完成数值模拟之后，需要对计算结果进行后处理，包括流场的可视化、数据的提取和分析。
ANSYS提供了强大的后处理工具，如CFD-Post，可以对计算结果进行可视化、动画展示和数据分析。
在进行流体流动场分析时，还需要注意以下几点：1.网格的质量：网格质量对于计算结果的准确性和计算效率至关重要，应尽量避免生成糟糕的网格，特别是在流动区域和边界层附近。
ANSYS流体流动场分析指南概述：ANSYS是一款广泛应用于工程领域的仿真软件，其中包括了流体力学领域的流动场分析。
流动场分析是一种应用数值方法对流动现象进行建模和计算的过程，通过模拟流体在不同条件下的流动行为，可以预测流体的速度、压力、温度等参数，进而对工程问题进行分析和优化。
本指南将重点介绍如何使用ANSYS进行流体流动场分析，包括建模、网格生成、边界条件设置、物理模型选择、求解和结果后处理等方面的内容。
一、建模在进行流动场分析之前，首先需要进行建模。
ANSYS提供了多种建模工具，包括几何实体建模、CAD导入、参数化建模等。
用户可以根据实际需求选择相应的建模工具进行建模。
建模的目标是根据流体流动现象的特点和实际工程问题的要求来构建合适的模型。
二、网格生成在完成建模后，需要对模型进行网格生成。
网格生成是将模型离散为有限单元或有限体积的过程，决定了后续数值计算的准确度和计算效率。
ANSYS提供了多种网格生成工具，包括刚体网格生成、自适应网格生成等。
用户可以选择相应的网格生成工具根据实际需求和模型特点生成合适的网格。
三、边界条件设置在进行流动场分析之前，需要设置合适的边界条件。
边界条件包括流体的入口条件、出口条件、壁面条件等。
对于入口条件，需要指定流体的入口速度、入口压力或流量等；对于出口条件，需要指定出口压力或出口速度等；对于壁面条件，如模型表面的摩擦、换热等效应，需要指定相应的条件。
四、物理模型选择在ANSYS中，可以选择多种不同的物理模型来进行流动场分析。
常用的物理模型包括静流动、稳流动、湍流流动、多相流动等。
用户需要根据流动现象的实际特点和要求选择合适的物理模型。
五、求解在设置完边界条件和物理模型后，可以进行数值计算求解流动场。
ANSYS提供了多种求解器，包括有限体积法、有限元法等。
用户可以根据模型的特点和求解要求选择相应的求解器进行求解。
六、结果后处理在求解完成后，可以对结果进行后处理分析。
T型管三通流体动力学分析题目： T型管三通流体动力学分析小组成员：学院、专业班：时间：指导教师：目录摘要 (2)关键字 (2)前言 (2)正文 (2)一、建立模型 (3)1、绘制模型立体图 (3)2、划分网格 (4)3、输入参数 (4)4、计算 (6)二、分析 (7)1、压强 (7)2、速度 (8)3、温度 (10)三、总结 (11)摘要为了加深对工程流体力学基本概念和基本理论的理解，本组依照指导进行了此次实验。
为明确冷水、热水在管内如何混合，混合后的运动状态和特性，我们选取了三通管为模型。
将三通管注入冷水和热水，汇合后通入大气中。
通过假设将其简化后研究其内部流体运动状态的变化。
结合压强、管道的属性、水的速度温度及能量损失等问题，应用软件模型计算得到了三通管道内部的流场分布，并对三通管内道内流动的特性进行分析，得出了三通管道紊流流动的计算结果。
关键字三通管、混合过程、运动状态、能量损失前言工程流体力学是研究流体受力及其运动规律的一门学科，侧重于应用流体力学的基本原理、理论与方法研究解决实际问题。
它以流体为研究对象，是研究流体平衡和运动规律的科学。
流体力学在水利、航空、电力、机械、冶金、化学、石油、土木等工业技术中有广泛的应用。
对口于本专业的机械工业中的润滑、冷却、液压传动、气力输送以及液压和气动控制问题的解决，都必须应用流体力学的理论。
因此它是我们理解掌握现代化工程勘测、设计、运行与管理的知识基础，也是我们继续深造及将来从事研究工作的重要工具。
为深入学习流体力学，培养建模能力和分析实例的能力，培养理论联系实际、实事求是、严格认真的科学态度，本组成员积极配合开展了此次实验。
正文本组研究的流体类型为水，研究围绕三通管内的冷热水混合进行。
为节省实验研究的时间和经费，我们采用数值计算方法来研究该问题。
通过软件模拟对其进行定性分析。
主要研究黏性流体在等速有温差的条件下产生的局部损失和沿程损失及其动量变化。
Fluid #2: Velocity analysis of fluid flow in a channel USING FLOTRAN Introduction:In this example you will model fluid flow in a channelPhysical Problem:Compute and plot the velocity distribution within the elbow. Assume that the flow is uniform at both the inlet and the outlet sections and that the elbow has uniform depth.Problem Description:T he channel has dimensions as shown in the figureThe flow velocity as the inlet is 10 cm/sUse the continuity equation to compute the flow velocity at exitObjective:T o plot the velocity profile in the channelT o plot the velocity profile across the elbowYou are required to hand in print outs for the aboveFigure:IMPORTANT: Convert all dimensions and forces into SI unitsSTARTING ANSYSC lick on ANSYS 6.1in the programs menu.S elect Interactive.T he following menu comes up. Enter the working directory. All your files will be stored in this directory. Also under UseDefault Memory Model make sure the values 64 for Total Workspace, and 32 for Database are entered. To change these values unclick Use Default Memory ModelMODELING THE STRUCTUREG o to the ANSYS Utility Menu (the top bar)Click Workplane>W P Settings…The following window comes up:o Check the Cartesian and Grid Only buttonso Enter the values shown in the figure aboveGo to the ANSYS Main Menu (on the left hand side of the screen) and click Preprocessor>Modeling>Create>Keypoints>On Working PlaneCreate keypoints corresponding to the vertices in the figure. The keypoints look like below.Now create lines joining these key points.M odeling>Create>Lines>Lines>Straight lineT he model looks like the one below.Now create fillets between lines L4-L5 and L1-L2.C lick Modeling>Create>Lines>Line Fillet. A pop-up window will now appear. Select lines 4 and 5. Click OK. The following window will appear:T his window assigns the fillet radius. Set this value to 0.1 m.Repeat this process of filleting for Lines 1 and 2.The model should look like this now:N ow make an area enclosed by these lines.M odeling>Create>Areas>Arbitrary>By LinesS elect all the lines and click OK. The model looks like the followingT he modeling of the problem is done.ELEMENT PROPERTIESSELECTING ELEMENT TYPE:Click Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete... In the 'Element Types' window that opens click on Add... The following window opens.∙Type 1 in the Element type reference number.∙Click on Flotran CFD and select 2D Flotran 141. Click OK. Close the Element types window.∙So now we have selected Element type 1 to be solved using Flotran, the computational fluid dynamics portion of ANSYS. This finishes the selection of element type.DEFINE THE FLUID PROPERTIES:∙Go to Preprocessor>Flotran Set Up>Fluid Properties.∙On the box, shown below, set the first two input fields as Air-SI, and then click on OK. Another box will appear. Accept the default values by clicking OK.∙Now we’re ready to define the Material PropertiesMATERIAL PROPERTIESW e will model the fluid flow problem as a thermal conduction problem. The flow corresponds to heat flux, pressurecorresponds to temperature difference and permeability corresponds to conductance.Go to the ANSYS Main MenuClick Preprocessor>Material Props>Material Models. The following window will appearA s displayed, choose CFD>Density. The following window appears.F ill in 1.23 to set the density of Air. Click OK.Now choose CFD>Viscosity. The following window appears:N ow the Material 1 has the properties defined in the above table so the Material Models window may be closed.MESHING: DIVIDING THE CHANNEL INTO ELEMENTS:G o to Preprocessor>Meshing>Size Cntrls>ManualSize>Lines>All Lines.I n the window that comes up type 0.01 in the field for 'Element edge length'.N ow Click OK.Now go to Preprocessor>Meshing>Mesh>Areas>Free. Click the area and the OK. The mesh will look like thefollowing.BOUNDARY CONDITIONS AND CONSTRAINTSG o to Preprocessor>Loads>Define Loads>Apply>Fluid CFD>Velocity>On lines. Pick the left edge of theouter block and Click OK. The following window comes up.E nter 0.1 in the VX value field and click OK. The 0.1 corresponds to the velocity of 0.1 meter per second of air flowingfrom the left side.R epeat the above and set the Velocity to ZERO for the air along all of the edges of the pipe. (VX=VY=0 for all sides)O nce they have been applied, the pipe will look like this:∙Go to Main Menu>Preprocessor>Loads>Define Loads>Apply>Fluid CFD>Pressure DOF>On Lines.∙Pick the outlet line. (The horizontal line at the top of the area) Click OK.∙Enter 0 for the Pressure value.∙Now the Modeling of the problem is done.SOLUTIONG o to ANSYS Main Menu>Solution>Flotran Set Up>Execution Ctrl.∙The following window appears. Change the first input field value to 300, as shown. No other changes are needed. Click OK.G o to Solution>Run FLOTRAN.W ait for ANSYS to solve the problem.C lick on OK and close the 'Information' window.POST-PROCESSINGP lotting the velocity distribution…Go to General Postproc>Read Results>Last Set.Then go to General Postproc>Plot Results>Contour Plot>Nodal Solution. The following window appears:∙Select DOF Solution and Velocity VSUM and Click OK.∙This is what the solution should look like:∙Next, go to Main Menu>General Postproc>Plot Results>Vector Plot>Predefined.The following window will appear:∙Select OK to accept the defaults. This will display the vector plot to compare to the solution of the same tutorial solved using the Heat Flux analogy. Note: This analysis is FAR more precise as shown by the followingsolution:∙Go to Main Menu>General Postproc>Path Operations>Define Path>By Nodes∙Pick points at the ends of the elbow as shown. We will graph the velocity distribution along the line joiningthese two points.∙The following window comes up.∙Enter the values as shown.∙Now go to Main Menu>General Postproc>Path Operations>Map onto Path. The following window comes up.∙Now go to Main Menu>General Postproc>Path Operations>Plot Path Items>On Graph.∙The following window comes up.∙Select VELOCITY and click OK.∙The graph will look as follows:。
ANSYS流体分析第⼀章 FLOTRAN 计算流体动⼒学(CFD)分析概述FLOTRAN CFD 分析的概念ANSYS程序中的FLOTRAN CFD分析功能是⼀个⽤于分析⼆维及三维流体流动场的先进的⼯具，使⽤ANSYS中⽤于FLOTRAN CFD分析的FLUID 141和FLUID 142 单元，可解决如下问题：作⽤于⽓动翼(叶)型上的升⼒和阻⼒超⾳速喷管中的流场弯管中流体的复杂的三维流动同时，FLOTRAN还具有如下功能：计算发动机排⽓系统中⽓体的压⼒及温度分布研究管路系统中热的层化及分离使⽤混合流研究来估计热冲击的可能性⽤⾃然对流分析来估计电⼦封装芯⽚的热性能对含有多种流体的(由固体隔开)热交换器进⾏研究FLOTRAN 分析的种类FLOTRAN可执⾏如下分析：层流或紊流传热或绝热可压缩或不可压缩⽜顿流或⾮⽜顿流多组份传输这些分析类型并不相互排斥，例如，⼀个层流分析可以是传热的或者是绝热的，⼀个紊流分析可以是可压缩的或者是不可压缩的。
层流分析层流中的速度场都是平滑⽽有序的，⾼粘性流体（如⽯油等）的低速流动就通常是层流。
紊流分析紊流分析⽤于处理那些由于流速⾜够⾼和粘性⾜够低从⽽引起紊流波动的流体流动情况，ANSYS中的⼆⽅程紊流模型可计及在平均流动下的紊流速度波动的影响。
如果流体的密度在流动过程中保持不变或者当流体压缩时只消耗很少的能量，该流体就可认为是不可压缩的，不可压缩流的温度⽅程将忽略流体动能的变化和粘性耗散。
热分析流体分析中通常还会求解流场中的温度分布情况。
如果流体性质不随温度⽽变，就可不解温度⽅程。
在共轭传热问题中，要在同时包含流体区域和⾮流体区域（即固体区域）的整个区域上求解温度⽅程。
在⾃然对流传热问题中，流体由于温度分布的不均匀性⽽导致流体密度分布的不均匀性，从⽽引起流体的流动，与强迫对流问题不同的是，⾃然对流通常都没有外部的流动源。
可压缩流分析对于⾼速⽓流，由很强的压⼒梯度引起的流体密度的变化将显著地影响流场的性质，ANSYS对于这种流动情况会使⽤不同的解算⽅法。
第一章 FLOTRAN 计算流体动力学(CFD)分析概述FLOTRAN CFD 分析的概念ANSYS程序中的FLOTRAN CFD分析功能是一个用于分析二维及三维流体流动场的先进的工具，使用ANSYS中用于FLOTRAN CFD分析的FLUID 141和FLUID 142 单元，可解决如下问题：作用于气动翼(叶)型上的升力和阻力超音速喷管中的流场弯管中流体的复杂的三维流动同时，FLOTRAN还具有如下功能：计算发动机排气系统中气体的压力及温度分布研究管路系统中热的层化及分离使用混合流研究来估计热冲击的可能性用自然对流分析来估计电子封装芯片的热性能对含有多种流体的(由固体隔开)热交换器进行研究FLOTRAN 分析的种类FLOTRAN可执行如下分析：层流或紊流传热或绝热可压缩或不可压缩牛顿流或非牛顿流多组份传输这些分析类型并不相互排斥，例如，一个层流分析可以是传热的或者是绝热的，一个紊流分析可以是可压缩的或者是不可压缩的。
层流分析层流中的速度场都是平滑而有序的，高粘性流体（如石油等）的低速流动就通常是层流。
紊流分析紊流分析用于处理那些由于流速足够高和粘性足够低从而引起紊流波动的流体流动情况，ANSYS中的二方程紊流模型可计及在平均流动下的紊流速度波动的影响。
如果流体的密度在流动过程中保持不变或者当流体压缩时只消耗很少的能量，该流体就可认为是不可压缩的，不可压缩流的温度方程将忽略流体动能的变化和粘性耗散。
热分析流体分析中通常还会求解流场中的温度分布情况。
如果流体性质不随温度而变，就可不解温度方程。
在共轭传热问题中，要在同时包含流体区域和非流体区域（即固体区域）的整个区域上求解温度方程。
在自然对流传热问题中，流体由于温度分布的不均匀性而导致流体密度分布的不均匀性，从而引起流体的流动，与强迫对流问题不同的是，自然对流通常都没有外部的流动源。
可压缩流分析对于高速气流，由很强的压力梯度引起的流体密度的变化将显著地影响流场的性质，ANSYS对于这种流动情况会使用不同的解算方法。
