二维方腔内HITEC熔盐熔化非稳态传热 数值模拟

基于FLUENT 的大型储油罐内原油非稳态传热的数值模拟摘要：本文针对大型浮顶储油罐内原油的温降问题，应用计算流体软件FLUENT 对储油罐内原油的温降过程进行了数值模拟，得到了在自然冷却条件下，原油在浮顶储油罐内温降过程中温度场和速度场的分布图。

通过数据对比，得到计算流体软件计算的数值与实际测试的数值吻合较好，相对误差在3%以内。

关键词：储油罐 温降 FLUENT 数值模拟一、物理模型的建立本文利用FLUENT 软件对大型储油罐的温降进行了模拟计算。

图1为储油罐的二位几何模型，对此物理模型的相关假设如下：①认为罐内横向温度温度分布均匀，所以只对纵向二维温度场进行计算；②对计算区域进行简化，取过油罐中心轴的径向切面为研究对象，变三维问题为二维问题； ③忽略太阳与油罐间的虑辐射换热；④忽略原油内部物理化学因素而产生的内热源，忽略油罐边缘以及底部原油和石蜡的凝固潜热；⑤假设外界环境温度近似为随时间变化的周期性函数；⑥将储油罐浮顶近似处理为单层钢板，同时也将罐壁、罐底假设为均匀的等厚钢板。

其中各符号的具体意义为：T o ——为稳罐后储油罐内原油的初始平均温度，为常数； T d ——为大地恒温层处土壤的温度，为常数； T 1——为大地温度场的初始温度分布；f w ——为储油罐壁（保温层外侧）环境的温度函数； f t ——为储油罐顶部环境温度的分布函数；H 1——为浮顶储油罐内原油液位的高度（10.1米）；H 2——为储油罐罐底钢板到大地恒温层的深度（2H =10米）； R ——为储油罐径向平面半个平面的宽度；δ1——为保温层厚度，保温层平均厚度（δ1=80毫米）； δ2——为储油罐罐壁平均厚度（δ2=10毫米）； δ3——为储油罐顶板厚度（δ3=5毫米）； δ4——储油罐底板的平均厚度（δ4=10毫米）； 二、数学模型控制方程的直角坐标张量符号形式如下所示 质量守恒方程：()0=∂∂+∂∂i iu x t ρρ （1） 动量方程：()()i i jij i j i j i F g x x p u u x u t ++∂∂+∂∂-=∂∂+∂∂ρτρρ （2） 其中p 为静压，τij为应力张量，g i 和F i 分别为i 方向上的重力体积力和外部体积力，式中：ij i i i j j i ij x ux u x u δμμτ∂∂-⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛∂∂+∂∂=32 （3） 能量方程：()()()h effij j j j j i eff i i i S u J h x T k x p E u x E t +⎪⎪⎭⎫⎝⎛+-∂∂∂∂=+∂∂+∂∂∑)('''τρρ （4） 其中E 为内能，k eff 是有效热传导系数，J j ’是组分j ’的扩散流量。

四、非线笥问题迭代式解法的收敛性每一层次上满足迭代法求解的收敛条件+相邻次间代数方程的系数变化不太大（亦即未知量的变化不太大←多数情形下非线性问题迭代式解法是可以收敛的）。

使相邻两层次间未知量变化不太大的措施：1、欠松弛迭代 常用逐次欠弛线迭法（SLUR ）：一组临时系数下逐线迭代求解+对所得的解施以欠松弛，再用欠松弛后的解去计算新的系数，常数，以进入下一层次的迭代。

实施：常把欠松弛处理纳入迭代过程，而不是在一个层次迭代完成后再行欠松弛。

)()()()1(n p pn n n p n p t a b bt a t t -∑+=+ω )()1()1()(n p pn n n p pt a b b t b a t a ωωω-+++∑=+∑+=+')1('b b bt a t a n n n p p)('))(1(',n p p p p t a b b a a ωωω-+==，用交替方向线迭代法求解这一方程，就实现了SLUR的迭代求解。

为一般化起见，上式中b t n 上没有标以迭代层次的符号（J ，GS 时不相同）。

2、采用拟非稳态法前面已指出，稳态问题的迭代解法与非稳态问题的步进法十分相似。

对于非线性稳态问题，从代数方程的一组临时系数进入到另一组临时系数亦好象非稳态问题前进了一个时间层，非稳态问题的物理特性：系数热惯性越大（↑∆∆=τρ/v c a op ），温度变化越慢，仿此，对稳态非线性问题，可在离散方程中加入拟非稳态项，以减小未知量托两个层次间的变化，即由)()1()1()()(n p o p n n n p o p p n n n n p p n t a b b bt a t a V S b a b b bt a t V S b a ++∑=+∆-∑⇒+∑=∆-∑++o pp n n po p n n n pa V Sb a t a b b bt a t+∆-∑++∑=+)()1(一直进行到b t t n p ,收敛，虚拟时间步τ∆的大小通过计算实践确定。

计算流体力学二维冷、热混合器的传热及流动特性班级：硕动力143班学号：****************摘要在工程和生活中，冷、热混合器内的流动是最常见也是最简单的一种流动。

本文用Fluent软件来模拟研究二维冷、热混合器内的传热及流动特性，主要对速度分布、温度分布以及出流口截面上的温度、压力及速度分布情况作出分析。

首先在Gambit里建立物理模型，建立二维冷、热混合器的物理模型，并划分四叉树、三角化和混合型三套网格。

选用能量守恒方程，分别对三套网格下，冷、热混合器内部流体进行模拟分析，并在FLUENT软件中以直观的方式表示出了在K-epsilon湍流模型下，三套不同网格在混合器内的流动状况以及在四叉树网格下，设置Spalart-Allmaras湍流模型下表示出混合器内的流动情况。

分析讨论并比较所得到的数值模拟结果的准确性。

关键词：FLUENT；冷、热混合器；数值模拟目录1 绪论 (1)1.1 课题提出的意义 (1)1.2 直接数值模拟方法简介 (1)1.3 主要研究内容 (1)2 直接数值模拟方法 (2)2.1 FLUENT简介 (2)2.2 FILENT计算过程 (3)2.2.1 建立数学物理模型 (3)2.2.2 数值模拟阶段 (3)2.2.3 后处理阶段 (3)2.3 控制方程 (4)2.3.1 物理模型 (4)2.3.2 湍流流动的数值模拟 (4)3 在GAMBIT中建立模型 (5)4 在FLUENT中求解计算 (6)4.1 FLUEMT的参数设置 (6)4.2 混合器的计算结果及分析 (7)4.2.1 分析三种网格的计算结果 (7)4.2.2 分析两种湍流模型的计算结果 (11)5 总结与展望 (15)5.1 总结 (15)5.2 展望 (15)6致谢 (16)7参考文献 (17)1绪论1.1 课题提出的意义对水流进行数值模拟的一个有效的工具是fluent 将其应用于计算流体动力学进行数值模拟，可以方便地计算出各项水流参数的全场分布，具有计算快速，简捷，数值精度较高等优点。

均匀及非均匀加热通道内超临界二氧化碳对流传热数值模拟研究均匀及非均匀加热通道内超临界二氧化碳对流传热数值模拟研究摘要：本研究旨在通过数值模拟方法，研究超临界二氧化碳在均匀及非均匀加热通道内的对流传热特性。

首先，通过Fluent软件搭建了二维通道模型，模拟了超临界二氧化碳在不同工况下的传热过程。

然后，通过调节加热器的布置方式，分别研究了均匀加热和非均匀加热对对流传热的影响。

结果表明，在通道中均匀加热情况下，超临界二氧化碳的对流传热性能较好；而在非均匀加热情况下，对流传热性能存在明显的不均匀性。

关键词：超临界二氧化碳；对流传热；均匀加热；非均匀加热；数值模拟1. 引言超临界流体的传热特性一直是研究的热点问题之一。

在超临界条件下，流体的物性发生变化，传热行为与普通状态下的流体存在明显的差异。

而二氧化碳作为一种常见的超临界流体，在工业领域有着广泛的应用。

因此，研究超临界二氧化碳的传热特性对于工程实践有着重要的意义。

2. 数值模拟方法通过Fluent软件建立二维通道模型，对超临界二氧化碳的对流传热进行数值模拟。

模型包括进口、出口和通道内部的网格划分，以及相应的边界条件设定。

对于均匀加热情况下的模拟，设置进口处温度为常数，出口处的流速为常数。

对于非均匀加热情况下的模拟，通过调整加热器的布置方式，设置进口处温度和出口处流速的分布情况。

3. 均匀加热下的对流传热特性在均匀加热情况下，通过数值模拟研究了超临界二氧化碳在不同工况下的对流传热特性。

结果显示，随着进口温度的增加，对流传热系数呈现出先增加后减小的趋势。

而对于不同流速的情况，对流传热系数随着流速的增加而增加。

4. 非均匀加热下的对流传热特性通过改变加热器的布置方式，实现了对超临界二氧化碳的非均匀加热模拟。

结果表明，在非均匀加热情况下，对流传热性能存在明显的不均匀性。

局部加热区域的流体温度较高，对流传热系数较大；而周围较低温的区域，对流传热系数较小。

5. 结论本研究通过数值模拟方法，研究了超临界二氧化碳在均匀及非均匀加热通道内的对流传热特性。