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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。
2021流体动力学分析中ANSYS软件的功能与运用范文 摘要： 目的：探究ANSYS软件在流体动力学分析中的功能与应用。
方法：本课题采用ANSYS19.0对流体动力学模型进行分析，通过网格划分，从而得知流体在各个部位的流速及流动方向。
结果：应用ANSYS19.0建立mesh、fluent、results得出流体在装置模型内部的流速及走向。
结论：成功分析流体动力学模型，得出流体分析图，对分析装置的研究与改良具有很大意义。
关键词： ANSYS;流体动力学分析; 有限元分析; 气雾剂; Abstract： Objective:To explore the functions and applications of ANSYS in hydrodynamic analysis. Method: In this subject, ANSYS19.0 was used to analyze the fluid dynamics model.Both flow velocity and direction of the fluid in each part were obtained through mesh generation.Result:ANSYS19.0 was used to establish mesh, fluent and results to obtain the flow velocity and trend of the fluid in the model Conclusion: The fluid dynamics model was successfully analyzed and the liquid analysis diagram was obtained, which is of great significance to the research and improvement of the analysis device. Keyword： ANSYS;fluid dynamics analysis; finite element analysis; aerosol; 近年来由于环境等的影响，呼吸道系统疾病的发病率越来越高。
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典型实例分析首先是流体力学方面的应用实例。
流体力学是研究流体运动和力学性质的学科，应用于飞行器气动力学、汽车气动力学、建筑工程风力学等领域。
以飞机翼型气动力学为例，通过ANSYS可以模拟流体在翼型表面的流动状况和气动力的分布。
首先，需要利用CAD软件建立翼型的几何模型，然后将模型导入ANSYS中，设置流体的入口边界条件、出口边界条件和壁面边界条件。
接着，选择适当的网格划分方法将几何模型分割成若干小单元，然后根据Navier-Stokes方程和连续性方程建立流体力学的数学模型。
通过求解数学模型，可以得到流体在翼型表面的压力分布、速度分布以及升力和阻力等气动力相关参数，进而评估翼型的气动性能。
另一个典型实例是机械结构分析。
机械结构分析是对机械零部件、机械装置或机械系统的受力性能进行分析和评估。
以汽车车轮受力分析为例，通过ANSYS可以模拟轮胎和地面之间的接触力、轮圈在不同路面条件下的应力分布和变形情况。
首先，需要导入汽车车轮的三维模型，并设置边界条件和荷载条件。
然后，通过合适的网格划分方法将模型分割成若干小单元，根据弹性力学理论建立车轮的受力模型。
接下来，根据所需的分析结果选择合适的求解器进行求解，可以得到车轮的应力、应变分布以及最大应力点等重要信息。
通过这些信息，可以评估车轮的受力性能，进一步优化设计和改进车轮结构。
总之，ANSYS作为一款功能强大的有限元分析软件，可以广泛应用于工程领域，包括流体力学、结构力学、电磁场分析等多个方面。
通过对实际问题的建模和数值求解，能够得到详尽的物理现象模拟和分析结果，为工程设计和优化提供有力支持。
ANSYS流体分析CFD
ANSYSCFD的优点是能够提供详尽准确的流场和温度场分布，解释物理过程并了解产品性能，从而改进设计。
它还可以提供对流体流动和传热性能进行优化的机会，以便实现更高效、更可靠和更经济的设计。
在各行各业中，如汽车、航空航天、能源、化工等领域，ANSYSCFD已经成为设计过程中不可或缺的一部分。
ANSYSCFD分析支持各种复杂的物理模型，包括不可压缩流体流动、可压缩流体流动、多相流、湍流流动和传热等问题。
它还通过使用适当的数值方法和离散化技术来求解流动方程和边界条件，以确保计算结果的准确性和可靠性。
1.建模：这一步骤包括将设计或物体转化为几何模型，并设定适当的边界条件和初始条件。
2.离散化：在这一步骤中，将几何模型离散化为网格，以便对流场进行数值计算。
网格的生成是一个关键步骤，对结果的准确性和计算效率有重要影响。
3.物理建模和数值求解：在这一步骤中，根据具体问题，选择适当的物理模型和数值求解方法，对流体流动和传热进行数值计算。
4.后处理与结果分析：完成数值计算后，需要对结果进行后处理和分析。
这可能包括生成流场图、剖面分析、计算参数提取等。
综上所述，ANSYSCFD是一种强大的工具，可用于解决各种涉及流体流动和传热的工程问题。
它提供了详尽准确的流场和温度场分布，帮助工程师理解和改进设计，并优化产品性能。
通过使用ANSYSCFD，工程师可以更好地满足产品的要求和设计目标。
Fluid #3: Analyzing Flow in a System of Pipes USING FLOTRANIntroduction: In this example you will model a system of pipes filled with water.Physical Problem: Compute and plot the velocity distribution in the pipe system shown in the figure. Problem Description:∙The shape of the pipe grid is shown in the figure. (Each point is spaced evenly at 0.33m)O bjective:T o plot the velocity profile within the pipe.T o graph the variation of velocity out the bottom pipe.Y ou are required to hand in print outs for the above.F igure:STARTING ANSYS∙Click on ANSYS in the programs menu.∙Select Interactive.∙The following menu that comes up. Enter the working directory. All your files will be stored in this directory. Also enter 64 for Total Workspace and 32 for Database.∙Click on Run.MODELING THE STRUCTUREG o to the ANSYS Utility MenuClick Workplane>WP SettingsThe following window comes up∙Check the Cartesian and Grid Only buttons∙Enter the values shown in the figure above.∙Go to the ANSYS Main Menu∙In this problem we will model the pipe grid and then apply fluid flow to it.∙Click Preprocessor>-Modeling-> and create the pipe grid as shown below.∙Hint: You can use key points and then create the areaThe 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 a Flotran element. The component will now be modeled using the principles of fluid dynamics. This finishes the selection of element type.DEFINE THE FLUID PROPERTIES:∙Go to Preprocessor>Flotran Set Up>Fluid Properties.∙On the box, shown below, make sure the first two input fields read Constant, and then click on OK. Another box will appear. Fill in the values as shown below, then click OK.∙Now we’re ready to de fine the Material PropertiesMATERIAL PROPERTIES∙Go to the ANSYS Main Menu∙Click Preprocessor>Material Props>Material Models. The following window will appear∙As displayed, choose CFD>Density. The following window appears.∙Fill in 1000 to set the density of Water. Click OK.∙Now choose CFD>Viscosity. The following window appears:∙Fill in 1 to set the viscosity of Water. Click OK∙Now 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:∙Go to Preprocessor>Meshing>Size Cntrls>ManualSize>Global>Size. In the window that comes up type0.025 in the field for 'Element edge length'.∙Click on OK. Now when you mesh the figure ANSYS will automatically create a mesh, whose elements have a edge length of 0.025 m.∙Now go to Preprocessor>Meshing>Mesh>Areas>Free. Click Pick All. The mesh will look like the following.BOUNDARY CONDITIONS AND CONSTRAINTS∙Go to Preprocessor>Loads>Define Loads>Apply>Fluid CFD>Velocity>On lines. Pick the left edge of the block and Click OK. The following window comes up.∙Enter 0.5 in the VX value field and click OK. The 0.5 corresponds to the velocity of 0.5 meters per second of air flowing into the pipe grid.∙Repeat the above and set the velocity into the upper pipe as -1 meter/second. This is because theflow is traveling to the left, or the negative direction.∙Then, set the Velocity to ZERO along all of the edges of the pipes. This is because of the “No Slip Condition”(VX=VY=0 for all sides)∙Go to Main Menu>Preprocessor>Loads>Define Loads>Apply>Fluid CFD>Pressure DOF>On Lines. Pick the bottom pipe outlet and click OK.∙Once all the Boundary Conditions have been applied, the pipe grid will look like this:∙Now the Modeling of the problem is done.SOLUTION∙Go to ANSYS Main Menu>Solution>Flotran Set Up>Execution Ctrl.∙The following window appears. Change the first input field value to 50, as shown. No other changes are needed. Click OK.∙Go to Solution>Run FLOTRAN.∙Wait for ANSYS to solve the problem.∙Click on OK and close the 'Information' window.POST-PROCESSING∙Plotting 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 of the velocity gradient.。
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32、........................................................ 划分网格43、........................................................ 输入参数44、............................................................ 计算6二、分析 (7)1、............................................................ 压强72、............................................................ 速度83、............................................................ 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、八、亠刖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。
以期在实验中更加具象的了解连续性方程、伯努利方程、动量方程和达西-巴赫公式的内涵和应用。
为展示研究过程及结果，特在此进行系统陈列。
在进行软件模拟之前首先对流体进行以下假设：1、质量守恒2、动量守恒3、连续介质假设4、不可压缩流体一、建立模型模型简介：本装置模型为"T”型三通管，X方向直管管径50mm，Z方向管径30mm。
流动过程简述：向直径为50mm直管的一端管口通入80 C流速为5m/s的热水，直径30mm管口通入10C流速为2m/s的冷水，水流在管中混合后由50mm直管的另一端管口流入大气•（本次实验不对流出部分液体做研究）。
1、绘制模型立体图图1.1用Geometry绘制的立体图2、划分网格Detaik of ^Inflation* - Inflation图1.2 in flation参数设置图1.3生成网格3、输入参数对面进行命名，两个输入口为inlet_hot （热水管），inlet_cool （冷水管）。
出口为outlet。
参数如下: 冷水入口端：直径30mm 温度10C 流速2m/s热水入口端：直径50mm 温度80C 流速5m/s出口端：直径50mm 压强1atm湍流强度：l=0.16X Re A（-1/8）图1.4 冷水入口设置图1.5热水入口设置图1.7计算过程Outiine Boundary: outlet□SourcesOption图1.6 出口设置4、计算数学方法：K-&湍流模型与能量方程 （迭代次数：最小值 1最大值100）Details of outlet n Default Domain in Flow Analysis 1Boundary Details Basic Setting a Plot Options □Pressure Averag ing Average Over Whole Outlet、分析1、压强在我们所建立的这个三通管模型中，流体的压强变化较为明显。
建立一个三维坐标系如下图所示，以中央的注水口为Y 轴，以向上为正方向。
其余两管延伸的方向为 Z轴方向，以向右为正方向。
过 Y 轴和Z 轴交点沿垂直 Y 轴和Z 轴的方向为X 轴方向，向外为正方向。
在X-Y 截面上，压强变化如下图所示。
从如下所示的压强分布图中我们可以清楚地看到，冷水入口管道内压 强较大，沿Y 轴负方向呈现出逐渐减小的趋势。
在这里我们分析一下，因为速度沿水流方向逐渐增大，重 力因素忽略不计，由伯努利方程 p+ p gz+(02)* p v A 2=C 可知压强逐渐减小。
View 1 *图2.1 X-Y 截面压强分布示意图在Y-Z 截面上，流体压强变化明显。
从热水入口管道至其与竖直的冷水入口管道交接处，也是因为水流速度越来越大，由伯努利方程 p+p gz+(72)* p v A 2=C 可知压强逐渐减小。
另外，在管道交接处进一步研究，冷水(速度为2m • s-1)和热水(速度为5 m • s-1)在此处汇合，在流动方向改变和流速分布变化的情况下， 会形成因形成的漩涡和由二次流形成的双螺旋流动产生的损失 •这就是在管道交接处右侧上侧靠上部分较右侧其他位置的流体压强小的原因。
在管道口交接处至出水口这一段管道中，虽然有沿程能量损失，但是， 因为两股水流的汇合，由连续性方程可知速度会明显增大，因此由整体来看，流体平均流速增大。
同样，RfVKur«f CcnlDdr'J 閘日+D05J 07^e*0051 061C*DOS -M3S-HJ05-'■ 1 00fc*0(B# 3fC 时昭& 0366*004B 哉man0 O22S o 竺Dose (nn» □ 0E7 ¥ * 0由伯努利方程可知，流体压强逐渐减小。
图22 Y-Z截面压强分布示意图由以上总结可得：压强在Y轴方向上的竖直管道内的压强最大，在Z轴方向上的水平管道内左侧的的次之。
经过汇流后，在水平管道内右侧的压强最小。
压强分别沿着Y轴负方向和Z轴正方向减小。
2、速度图2.3 Y-Z截面速度分布图2.4迹线分布首先，由所建立的速度模型可以看出，在两个入水口处靠近管壁很小的一段区域范围内颜色为蓝色，这是由于这是在靠近管壁的地方，紊流脉动受到限制，粘滞力的作用显现，在紧贴管壁的很薄的流层中紊流脉动消失，粘滞力的作用使流速急速下降，速度分布比较陡峭，速度梯度大，形成粘性底层的存在。
在剩余的较大一部分区域里，液体的速度颜色分布均匀，为层流区，在接近管道汇交处的地方速度分布才开始出现变化。
接下来是两管道汇交的区域，在这个区域，冷水和热水相互融合，形成温水。
由迹线图我们可以看出, 在混合后，由于流量变大，而管道直径不变，有连续性方程可知道不可压缩流体沿管流的体积流量是常量，所以速度变化较大。
在交汇处速度突然变大，而热水和冷水未能进行充分的混合便沿着管道继续流动。
在汇交后的一段管道内由速度图可以看出速度分布散乱，是紊流区。
所以，在汇交之前，各管道除粘性底层外是层流区，在汇交后是紊流区，如图所示。
3、温度图2.5 Y-Z截面温度分布图2.6 X-Y截面温度分布由ANSYS 所计算出的参数及温度变化的图示可以得出， 从坐标系的Y-Z 截面可以看出，在整个进水管道中冷热水相遇之前温度基本不变，相遇后在冷热水交界处热水温度逐渐降低，冷水也逐渐升温，且两者的 温度变化梯度相差不大。
沿着水流 -Z 方向冷热水的温度变化越发明显，混合程度增强，温度梯度减小。
随 着流体向下游流动，温度分布越来越趋向均匀。
这是浮升力对T 型管道中冷热流体的混合的影响， 浮升 力导致主管中的热流体向支管上游冲刷， 并与支管中的冷流体混合。
同时，当支管中的混合流体向主管底部冲击时，由于主管流体的惯性力不足以克服浮升力的影响，具有相对低温的混合流体向主管的上游 回流。
此外， 在主管中可以清晰地观察到温度分层现象，图中的主管上游温度界限清晰一致，说明冷热流 体混合程度小，对上游区域没有影响， 这是因为流体的惯性力比浮升力大，所以混合仅发生在下游。
主管的下游， 温度分布趋于无序，温度分层现象减弱。
三、总结本文利用ANSYS 软件对T 型三通管中主管为热流体和支管为冷流体的混合过程的流动进行了仿真分析，获得了不同平面上的速度分布，在贴近管壁处可观察到速度梯度较大的黏性底层，还可观察到在混合前黏性底层上方速度平缓的平流区和混合后流速较大，各流层液体相互混掺的紊流区。
此外，从仿真分析中获得的温度分布图可得出冷热水相遇后交界处温度开始中和， 且两种水的温度变化梯度相差不大。
沿着水流Z 方向冷热水的温度变化越发明显，温度梯度增大。
随着流体向下游流动，强分布图中可得出压强在 Y 轴方向上的竖直管道内的压强最大，在 Z 轴方向上的水平管道内左侧的的次之。
图2.7整体温度分布温度分布越来越趋向均匀。
从压经过汇流后，在水平管道内右侧的压强最小。
压强分别沿着Y轴负方向和Z轴正方向减小。
在整个管道的能量方面，除流体在整个流程中由于流体粘滞力产生的沿程损失外，还有冷热水在混合后的紊流流动中产生漩涡造成的能量损失。
总之，等速差温的流体在三通管内混合后会形成紊流，并产生新的能量损失，随着流体的进一步混合流体的温度由分层逐步趋于均匀，其压强的总趋势是变小。
我们所研究的T型管道广泛运用于诸如石油化工厂和核电厂等管路系统中的冷热流体的混合和连接。
在实际应用中，研究流体的流速和流线分布及温度压强分布对研究流体的各项性质以及工厂设施的安全问题有着极为重要的指导作用。
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