基于FLUENT的海堤越浪数值模拟

fluent 软件介绍

百科名片 Fluent是目前国际上比较流行的商用CFD软件包，在美国的市场占有率为60%，凡是和流体、热传递和化学反应等有关的工业均可使用。它具有丰富的物理模型、先进的数值方法和强大的前后处理功能，在航空航天、汽车设计、石油天然气和涡轮机设计等方面都有着广泛的应用。 简介 Fluent算例 CFD商业软件FLUENT，是通用CFD软件包，用来模拟从不可压缩到高度可压缩范围内的复杂流动。由于采用了多种求解方法和多重网格加速收敛技术，因而FLUENT能达到最佳的收敛速度和求解精度。灵活的非结构化网格和基于解的自适应网格技术及成熟的物理模型，使FLUENT在转换与湍流、传热与相变、化学反应与燃烧、多相流、旋转机械、动/变形网格、噪声、材料加工、燃料电池等方面有广泛应用。 基本特点 FLUENT软件具有以下特点： FLUENT软件采用基于完全非结构化网格的有限体积法，而且具有基于网格节点和网格单元的梯度算法； 定常/非定常流动模拟，而且新增快速非定常模拟功能； Fluent 前处理网格划分 FLUENT软件中的动/变形网格技术主要解决边界运动的问题，用户只需指定初始网格和运动壁面的边界条件，余下的网格变化完全由解算器自动生成。网格变形方式有三种：弹簧压缩式、动态铺层式以及局部网格重生式。其局部网格重生式是FLUENT所独有的，而

且用途广泛，可用于非结构网格、变形较大问题以及物体运动规律事先不知道而完全由流动所产生的力所决定的问题； FLUENT软件具有强大的网格支持能力，支持界面不连续的网格、混合网格、动/变形网格以及滑动网格等。值得强调的是，FLUENT软件还拥有多种基于解的网格的自适应、动态自适应技术以及动网格与网格动态自适应相结合的技术； FLUENT软件包含三种算法：非耦合隐式算法、耦合显式算法、耦合隐式算法，是商用软件中最多的； FLUENT软件包含丰富而先进的物理模型，使得用户能够精确地模拟无粘流、层流、湍流。湍流模型包含Spalart-Allmaras模型、k-ω模型组、k-ε模型组、雷诺应力模型(RSM)组、大涡模拟模型(LES)组以及最新的分离涡模拟(DES)和V2F模型等。另外用户还可以定制或添加自己的湍流模型； 适用于牛顿流体、非牛顿流体； 含有强制/自然/混合对流的热传导，固体/流体的热传导、辐射； 化学组份的混合/反应； 自由表面流模型，欧拉多相流模型，混合多相流模型，颗粒相模型，空穴两相流模型，湿蒸汽模型； 融化溶化/凝固；蒸发/冷凝相变模型； 离散相的拉格朗日跟踪计算； 非均质渗透性、惯性阻抗、固体热传导，多孔介质模型（考虑多孔介质压力突变）； 风扇，散热器，以热交换器为对象的集中参数模型； 惯性或非惯性坐标系，复数基准坐标系及滑移网格； 动静翼相互作用模型化后的接续界面； 基于精细流场解算的预测流体噪声的声学模型； 质量、动量、热、化学组份的体积源项； 丰富的物性参数的数据库； 磁流体模块主要模拟电磁场和导电流体之间的相互作用问题； 连续纤维模块主要模拟纤维和气体流动之间的动量、质量以及热的交换问题； 高效率的并行计算功能，提供多种自动/手动分区算法；内置MPI并行机制大幅度提高并行效率。另外，FLUENT特有动态负载平衡功能，确保全局高效并行计算； FLUENT软件提供了友好的用户界面，并为用户提供了二次开发接口（UDF）； FLUENT软件采用C/C++语言编写，从而大大提高了对计算机内存的利用率。 在CFD软件中，Fluent软件是目前国内外使用最多、最流行的商业软件之一。Fluent 的软件设计基于"CFD计算机软件群的概念",针对每一种流动的物理问题的特点，采用适合于它的数值解法在计算速度、稳定性和精度等各方面达到最佳。由于囊括了Fluent Dynamical International比利时PolyFlow和Fluent Dynamical International(FDI)的全部技术力量(前者是公认的在黏弹性和聚合物流动模拟方面占领先地位的公司,后者是基于有限元方法CFD软件方面领先的公司),因此Fluent具有以上软件的许优点 软件简介

8 海堤设计

8 海堤设计 8.2 海堤断面 8.2.1堤型选择应遵守下列规定： 1 选择堤型时应根据自然条件、施工条件、运用和管理要求等因素，进行综合分析研究，经技术经济比较后选定； 2 斜坡式海堤可用于风浪较大的堤段，可采用土堤堤身临海侧设置护坡的断面形式，当涂面较低时，宜在临海面设置抛石棱体等措施； 3 陡墙式海堤宜用于风浪较小、地基较好的堤段。对低涂、软基上的海堤，陡墙下应设抛石基床并与压载相结合，抛石基床顶高程以略高于小潮低潮位为宜； 4 在涂面较低、风浪较大的堤段，宜采用具有消浪平台的混合式或复坡式海堤。 (宽消浪平台多功能海堤结构已有应用) 1号堤0+000～1+618段上部结构图 8.2.2堤顶高程的确定应符合下列要求： 1堤顶高程应按下式计算： Z p＝h p＋R F＋△h (8.2.2)

式中 Z ——堤顶高程(m)； p ——设计频率的高潮位(m)，按本规范6.1节计算； h p ——累积频率为F%的波浪爬高(m)，可按本规范附录A及附录D.1计算； R F △h——安全加高(m)，按本规范表3.2.1确定。 2 海堤堤顶设置防浪墙时，堤顶高程系防浪墙顶面高程。防浪墙底面高程？ 宜高于设计高潮位以上0.5H1%。（海堤规范“不计防浪墙堤顶高程仍应高 ） 于设计高潮位0.5H 1%） 3 因技术经济条件的制约，堤顶高程受到限制时，可采取工程措施降低堤顶高程。如按允许部分越浪标准设计，堤坡上可设置消浪设施以及建离岸堤等。 4 对于3级及以上或断面形状复杂的复式堤，其波浪爬高宜通过模型试验验证后确定。 5对于按允许部分越浪设计的海堤堤顶高程，应进行越浪量校核。一般情 控制为0.05m3/s.m；堤顶越浪量可按本规况设计频率波浪的最大允许越浪量Q 允 范附录D.2计算。对于3级以上的重要海堤应通过模型试验来验证越浪量。 8.2.3建在软土地基上的海堤，其堤顶高程在经本规范式8.2.2算得的基础上，再加上预计的工后沉降量（以初步验收为准）。 8.2.4 堤顶净宽应依据防浪、地基条件、施工、防汛交通及构造等需要确定；1级海堤堤顶净宽不宜小于7.5m，2级海堤不宜小于5.5m，3级海堤不宜小于4.5m，4、5级不宜小于3.5m，3级及以下海堤如受条件限制，经过论证净宽可适当减小；堤身材料易受风浪水流冲蚀时(如粉砂土堤)，堤顶净宽不宜小于6.0m。 各规范堤顶宽度值比较 8.2.6 消浪平台顶高程宜设在设计高潮位附近或略低于设计高潮位，宽度宜采用1倍～2倍设计波高，但不宜小于3m。消浪平台顶面及上下一定范围内的护面结构应加强。 平台宽度加大，虽爬高可减小，但当其宽度大于4倍波高时，爬高继续减小不明显，因此过宽不经济。

FLUENT算例 (5)搅拌桨底部十字挡板的流场分析

搅拌桨底部十字挡板的流场分析搅拌设备在各个行业运用的十分广泛，搅拌就是为了更够更快速更高效的将物质与介质充分混合，发生充分的反应，而搅拌中存在着许多不利于混合的情况，比如液体旋流。为了解决这个问题，之前很多人提出在罐体的侧壁上增加挡板，可以抵消大部分旋流，然后大部分都是研究侧挡板的，对于底部挡板的研究十分少，本文就在椭圆底部挡板增加十字型挡板，对罐体中进行流场分析。 1．Gambit建模 首先用Gambit建模图形如下： 图1：Gambit建立的模型 分为两个区域，里面的圆柱为动区域，外面包着的大圆柱设为静区域，静区域划分网格大，划分粗糙，内部动区域划分网格小，划分精细。边界条件主要设置了轴，搅拌桨，底部挡板，上层液面。以下就是fluent进行数值模拟。 2.fluent数值模拟 2.1导入case文件

2.2对网格进行检查 Minimum volume的数值大于0即可。 图2网格检查2.3调节比例 单位选择mm单位。 图3比例调节2.4定义求解器参数 设置如图4所示

图4设置求解器参数2.5设置能量线 图5能量线 2.6设置粘度模型，选择k-e模型 k-e模型对该模型模拟十分实用。

图6粘度模型2.7定义材料 介质选择液体水。 2.8定义操作条件

由于存在着终于，建模时的方向向上，所以在Z轴增加一个重力加速度。 图8操作条件 2.9定义边界条件 在边界设置重，动区域如图所示，将材料设成水，motion type设成moving reference frame （相对滑动），转速设为10rad/s，单位可在Define中的set unit中的angular-velocity设置。而在在轴的设置中，如上图所示，将wall motion设成moving wall，motion设成Absolute，速度设成-10，由于轴跟动区域速度是相对的，所以设成反的。

允许部分越浪海堤的断面设计

水利技术监督 2005年第3期 ·34·允许部分越浪海堤的断面设计 程永东 江 洧 （广东省水利水电科学研究院，广东广州 510610） 摘 要：本文介绍了允许部分越浪海堤断面设计的基本方法，对堤身断面设计过程中越浪量、堤顶高程、堤身强度、排水及恢复自然型海岸等设计问题进行了深入探讨，并给出了设计方法和过程。 关键词：海堤；越浪量；断面设计；护面强度；排水；自然型海岸 中图分类号：TV222 文献标识码：B 文章编号：1008-1305（2005）03-0034-03 1概述 我国有总长3.2万公里的海岸线，其中大陆海岸线1.8万公里，岛屿海岸线1.4万公里，随着沿海地区社会经济的快速发展，台风暴潮造成的损失越来越大，已建海堤大部分已很难适应当前防潮、防洪的要求。由于缺乏反映海堤自身特点和要求的国家标准，海堤工程设计、施工和管理难以做到安全适用、技术先进、经济合理、管理规范的要求。笔者近年为配合广东省“十项民心工程”的实施，在编撰广东省地方标准《广东省海堤工程设计导则（试行）》DB44/T182-2004期间，对现有海堤作了一些调研，并根据已有的设计工作经验，针对允许部分越浪海堤，对堤身断面设计过程中越浪量、堤顶高程、堤身强度、排水及恢复自然型海岸等设计问题进行了深入探讨，并给出了设计方法和过程，供设计人员参考。 目前，海堤的设计以是否允许越浪划分为两大类，即不允许越浪和允许部分越浪。大部分的海堤建在软土地基上，若都按不允许越浪标准设计，则对堤顶高程和断面尺寸的要求较高，投资大，往往不经济合理，允许部分越浪的海堤的合理设计就成了设计者要认真考虑的问题。越浪海堤的断面设计主要解决越浪量、堤顶高程、堤身断面、护面强度及排水、恢复自然型海岸等方面的问题。 2 设计步骤 2.1 堤顶高程 堤顶高程是确定堤身断面规模的关键设计参数。堤顶高程的确定要考虑海堤沉降量，可按下式计算： A R h Z F P P + + =（1） 式中：Z p——对应设计频率水位的堤顶高程（m）； h p——与设计频率相应的高潮位（m）； R F——按设计波浪计算的累积频率为F%的波浪爬高值（m）；由于按允许部分越浪设计，取F=13%； A——安全超高值（m），按表1规定值选取。 表1 堤顶安全加高值 海堤工程等级 1 2 3 4 5允许部分越浪A（m） 0.5 0.4 0.4 0.30.3 堤顶高程Z p有两层含义，一是指防浪墙顶面，二是指堤身断面顶面，当堤顶临海侧设有防浪墙、且防浪墙稳定、坚固时，堤顶高程可算至防浪墙顶面。但堤身断面顶面的高程仍应高出设计高潮（水）位0.5H1% 以上，且不得低于设计高潮（水）位0.5m。 如何处理好堤顶高程与允许部分越浪的关系，设计时应以堤顶高程的要求初步确定某一高程，越浪量大于允许越浪量要求时，堤顶高程应重新确定，一般是加高堤顶或通过对堤顶、背海侧坡面加强防冲保护来提高海堤允许越浪量等方法。当海堤堤前波浪较大，通过前两种方法均难以满足要求时，也可采用人工消浪措施减小海堤堤前波浪，控制越浪量。沿海城市的沿海（江）堤防一般都有景观要求，为满足城市的总体规划要求，对堤路结合海堤堤顶高程的要求予以适当放宽，但须计算越浪 作者简介：程永东(1957—)，女，高级工程师.

FLUENT算例 (9)模拟燃烧

计算流体力学作业FLUENT 模拟燃烧 问题描述：长为2m、直径为0.45m的圆筒形燃烧器结构如图1所示，燃烧筒壁上嵌有三块厚为0.0005 m，高0.05 m的薄板，以利于甲烷与空气的混合。燃烧火焰为湍流扩散火焰。在燃烧器中心有一个直径为0.01 m、长为0.01 m、壁厚为0.002 m的小喷嘴，甲烷以60 m/s的速度从小喷嘴注入燃烧器。空气从喷嘴周围以0.5 m/s的速度进入燃烧器。总当量比大约是0.76(甲烷含量超过空气约28%)，甲烷气体在燃烧器中高速流动，并与低速流动的空气混合，基于甲烷喷嘴直径的雷诺数约为5.7×103。 假定燃料完全燃烧并转换为:CH4+2O2→CO2+2H2O 反应过程是通过化学计量系数、形成焓和控制化学反应率的相应参数来定义的。利用FLUENT的finite-rate化学反应模型对一个圆筒形燃烧器内的甲烷和空气的混合物的流动和燃烧过程进行研究。 1、建立物理模型，选择材料属性，定义带化学组分混合与反应的湍流流动边界条件 2、使用非耦合求解器求解燃烧问题 3、对燃烧组分的比热分别为常量和变量的情况进行计算，并比较其结果 4、利用分布云图检查反应流的计算结果 5、预测热力型和快速型的NO X含量 6、使用场函数计算器进行NO含量计算 一、利用GAMBIT建立计算模型 第1步启动GAMBIT，建立基本结构 分析：圆筒燃烧器是一个轴对称的结构，可简化为二维流动，故只要建立轴对称面上的

二维结构就可以了，几何结构如图2所示。 (1)建立新文件夹 在F盘根目录下建立一个名为combustion的文件夹。 (2)启动GAMBIT (3)创建对称轴 ①创建两端点。A(0,0,0)，B(2,0,0) ②将两端点连成线 (4)创建小喷嘴及空气进口边界 ①创建C、D、E、F、G点

海岸工程海堤设计——计算说明书

《海岸工程》课程设计 计算说明书 学院: 港口海岸与近海工程 专业: 港口航道与海岸工程 班级: 大禹港航班 姓名: 学号: 1420190

第1章设计资料分析 1.1工程背景介绍 1.1.1主要依据 乐清湾港区的开发建设需要对港区前沿的滩地进行大面积疏浚开挖，从而产生大量的疏浚土方。从环境保护、减少工程投 资的角度，采用就近吹泥上岸的疏浚土处理方式替代传统的外抛 方式，既实现了宝贵疏浚土资源的综合利用，又缓解了土地供求 的矛盾和压力，大大提高了疏浚弃土的综合经济效益和社会效益。 为了尽早形成拟建港区港池、航道疏浚工程的纳泥区，同时为临 港产业经济用地的开发建设创造条件，拟通过围垦提供约1500 亩的后备土地资源。 1.1.2主要规范、规程 1.《海堤工程设计规范》（SL 435—2008） 2.《浙江省海塘工程技术规定》（上、下） 1.1.3工程项目内容和规模 本工程尽可能实现筑堤与吹泥工程的同步实施，二者相互依托、互为条件，因此，作为工程项目必需内容的一部分，需在本 研究阶段提出吹泥上岸工程的实施方案。因此，本项目工程建设 的主要内容包括围堤、吹泥上岸和临时排水工程。

工程规模如下： (1)围（海）涂面积约99.2万m2，合1487.7亩；围堤总长度 3.200km； (2)围堤建设符合国家规范及地方规程要求，顺堤按照50年 一遇标准建设，防洪高程+7.8m（85高程，下均同）；南侧堤按照50年一遇标准建设，防洪高程+7.8~7.6m。 (3)围区内允许纳泥标高按+3.0m控制，纳泥容量约为660.53 万m3。 1.1.4工程平面布置 本工程位于乐清湾中部西侧打水湾山附近，因打水湾与连屿矶头的控制，该段区域为乐清湾最窄处，宽约4.5km，涨落潮流在此汇合、分流，水动力特性复杂、敏感。根据项目前期研究工作成果和结论意见，结合土地开发需要，围涂工程顺堤位置推荐布置在-6m等高线处，走向为18°～198°，堤长约577.5m。 南侧堤布置时考虑东干河出口顺直，沿老海塘延长线向东以132°～312°走向延伸，后以110°～290°向东延伸500m后与顺堤垂直相交，南侧堤长度约2622.7m。 1.2设计内容 乐清湾海堤工程设计：确定海堤设计条件、断面尺寸，并进行波浪爬高计算、护坡计算、防浪胸墙稳定设计、海堤抗滑稳定

大涡模拟的FLUENT算例2D

Tutorial:Modeling Aeroacoustics for a Helmholtz Resonator Using the Direct Method(CAA) Introduction The purpose of this tutorial is to provide guidelines and recommendations for the basic setup and solution procedure for a typical aeroacoustic application using computational aeroacoustic(CAA)method. In this tutorial you will learn how to: ?Model a Helmholtz resonator. ?Use the transient k-epsilon model and the large eddy simulation(LES)model for aeroacoustic application. ?Set up,run,and perform postprocessing in FLUENT. Prerequisites This tutorial assumes that you are familiar with the user interface,basic setup and solution procedures in FLUENT.This tutorial does not cover mechanics of using acoustics model,but focuses on setting up the problem for Helmholtz-Resonator and solving it.It also assumes that you have basic understanding of aeroacoustic physics. If you have not used FLUENT before,it would be helpful to?rst review FLUENT6.3User’s Guide and FLUENT6.3Tutorial Guide. Problem Description A Helmholtz resonator consists of a cavity in a rigid structure that communicates through a narrow neck or slit to the outside air.The frequency of resonance is determined by the mass of air in the neck resonating in conjunction with the compliance of the air in the cavity. The physics behind the Helmholtz resonator is similar to wind noise applications like sun roof bu?eting. We assume that out of the two cavities that are present,smaller one is the resonator.The motion of the?uid takes place because of the inlet velocity of27.78m/s(100km/h).The ?ow separates into a highly unsteady motion from the opening to the small cavity.This unsteady motion leads to a pressure?uctuations.Two monitor points(Point-1and Point-2) act as microphone points to record the generated sound.The acoustic signal is calculated within FLUENT.The?ow exits the domain through the pressure outlet.

大涡模拟的fluent算例

Introduction:This tutorial demonstrates how to model the2D turbu-lent?ow across a circular cylinder using LES(Large Eddy Simula-tion),and compute?ow-induced noise(aero-noise)using FLUENT’s acoustics model. In this tutorial you will learn how to: ?Perform2D Large Eddy Simulation(LES) ?Set parameters for an aero-noise calculation ?Save surface pressure data for an aero-noise calculation ?Calculate aero-noise quantities ?Postprocess an aero-noise solution Prerequisites:This tutorial assumes that you are familiar with the menu structure in FLUENT,and that you have solved or read Tu-torial1.Some steps in the setup and solution procedure will not be shown explicitly. Problem Description:The problem considers turbulent air?ow over a2D circular cylinder at a free stream velocity U of69.19m/s. The cylinder diameter D is1.9cm.The Reynolds number based on the?ow parameters is about90000.The computational do-main(Figure3.0.1)extends5D upstream and20D downstream of the cylinder,and5D on both sides of it.If the computational domain is not taken wide enough on the downstream side,so that no reversed?ow occurs,the accuracy of the aero-noise prediction may be a?ected.The rule of thumb is to take at least20D on the downstream side of the obstacle. c Fluent Inc.June20,20023-1

弧型胸墙斜坡护岸越浪量的研究

第11卷第9期中国水运V ol.11 N o.9 2011年9月Chi na W at er Trans port Sept em ber 2011 收稿日期：2011-06-15 作者简介：罗兴远（1983-），男，河南省范县人，中国人民解放军91987部队助理工程师，硕士研究生，主要从事港口、 海岸及近海工程研究。 李 恩（），男，辽宁省大连市金州区人，中国人民解放军53部队军港处处长。 弧型胸墙斜坡护岸越浪量的研究 罗兴远1 ，李 恩 2 （1中国人民解放军91987部队，辽宁大连116041；2中国人民解放军92538部队军港处，辽宁大连116041） 摘 要：近年来，弧型胸墙在斜坡式护岸及海堤实际工程中得到了越来越广泛的应用。可是能够用来计算弧型胸墙 斜坡式护岸越浪量的公式却很少，且由于试验条件不同及影响因素很多，各公式计算结果有一定差异，其适用性有待探讨。针对此问题，本文通过物理模型试验，测量不同模型弧型胸墙斜坡护岸的越浪量，将实测值与经验公式计算值进行比较分析，探讨了经验公式对于弧型胸墙斜坡护岸越浪量计算的适用性。研究结果表明：弧型胸墙斜坡护岸满足条件：相对水深2.64≤d/H s ≤3.43；波陡0.02≤H s /L po ≤0.03；谱峰周期2.14s ≤T p ≤2.41s ；相对胸墙顶高0.5≤H c ′/H s ≤1.29；坡度m =1.75；相对肩宽b 1/H s =0；底坡i ≤1/25；可采用规范公式计算其越浪量。研究成果可供工程设计参考。 关键词：弧型胸墙；越浪量；经验公式；比较分析中图分类号：TV 139.2文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2011）09-0140-04 一、引言 近年来在斜坡式护岸及海堤等工程实际中得到了越来越广泛的应用。在弧型胸墙设计中，顶标高是一个重要参数，其应根据越浪量的大小来确定。因此，对弧型胸墙斜坡式护岸的越浪量进行研究很有必要。 从20世纪50年代以来，国内外对越浪量进行了大量的研究，取得了不少有用的成果[1]，如T.Saville [2-3]和A.Paap e [4]分别对规则波和不规则波斜坡堤越浪量进行了模型试验研究，并提出了相应的计算公式；Va n d er Meer [5]对单坡和复坡斜坡堤越浪量进行了大量的研究工作，提出了平均越浪量及最大越浪量计算公式；王红[6]等通过物理模型试验，提出的不规则波作用下单坡堤上平均越浪量计算公式被《海港水文规范》（J TJ 213—1998）采用；吴苏舒[7]通过物理模型试验，对《海港水文规范》（J TJ 213—1998）斜坡堤顶有直立式胸墙时堤顶越浪量公式进行改进，提出了引导式弧型胸墙平均越浪量的计算公式。 尽管越浪量的研究已经取得了一些成果，但是相关研究多集中于直立式胸墙，弧型胸墙越浪量的研究则相对较少，能够用来计算弧型胸墙斜坡护岸越浪量的公式非常少，而且由于试验条件不同，其适用性有待探讨。因此，为了使弧型胸墙更好的应用于实际工程中，针对上述问题，本文对不同模型弧型胸墙斜坡护岸的越浪量进行研究，并将实测值与经验公式计算值进行比较分析，研究成果可供工程设计参考。二、物理模型试验 1．试验设备及模型设计 试验在大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室的海洋环境水槽中进行，水槽长50m ，宽3m ，深1m ，最大工作水深0.7m ，水槽一端配备大连理工大学自制的液压伺 服不规则波造波机系统，可模拟规则波、椭圆余弦波及目前 国内外常用的七种波谱，造波周期：0.5~5.0s 。水槽另一端安装有消能网，可有效消除波浪反射的影响。水槽试验段分为两部分，宽度分别为0.8m 和2.2m ，试验断面模型放置在0.8m 宽的部分，另一部分用以消除波浪的二次反射。 根据《波浪模型试验规程》（J TJ /T234-2001）[8]的相关规定，选用正态模型，按Frou de 相似定律设计。试验采用不规则波，波谱为J ONSWAP 谱。 本试验模型一、二、三断面和胸墙型式相同，如图1、2所示，胸墙采用水泥制作而成，胸墙和护面下铺碎石垫层，堤心采用更小的碎石堆成，胸墙弧面下端点与护面上端点相切。模型一护面采用四角空心块，水深0.35m ；模型二护面也采用四角空心块，水深0.32m ；模型三护面采用栅栏板，水深0.25m 。 1:1.75 Hc R =5cm 7 c m 1 c m 图1试验模型断面图2弧型胸墙 2．越浪量测量方法 越浪量测量根据《海港水文规范》（J TJ 213-1998）[9]，采用称重法测出一个波列作用下的总越浪水量，单宽平均越浪量按下式计算： q= t b V （1） 式中 q ——单宽平均越浪量m 3/（m s ）； 1972-928

基于Fluent的三通管数值模拟及分析

第40卷第2期 当 代 化 工 Vol.40，No. 2 2011年2月 Contemporary Chemical Industry February，2011 收稿日期： 2010-08-17 作者简介： 魏显达（1983-），男，硕士，黑龙江北安人，2007年毕业于大庆石油学院电子信息工程，研究方向：塔顶流出系统的腐蚀与防 基于 Fluent 的三通管数值模拟及分析 魏显达，王为民， 徐建普 （辽宁石油化工大学石油天然气工程学院， 辽宁 抚顺 113001） 摘 要：Fluent 软件作为流体力学中通用性较强的一种商业CFD 软件应用范围很广。通过利用Fluent 计算流体动力学（CFD）的软件，对石油工业系统中常见的三通管内部流体进行了模拟分析，得到了三通管内在流体流动时的速度、压力和温度场分布图，为石油管道中的流体输送提供了理论依据。 关 键 词：Fluent；三通管；模拟分析；分布图 中图分类号： TQ 018 文献标识码： A 文章编号： 1671-0460（2011）02-0165-03 Numerical Simulation and Analysis of Fluid in Three-way Connection Pipe Based on Fluent Software WEI Xian-da ，WANG Wei-min ，XU Jian-pu (Institute of Petroleum and gas engineering , Liaoning Shihua University, Liaoning Fushun 113001，China ） Abstract : As a commercial CFD software with good universality, the Fluent software has been used extensively. In this paper, Simulation analysis on fluid in the three-way connection pipe of the oil industry was carried out by the software of fluid mechanics computation .Then distribution graphs of velocity , pressure and temperature of fluid in the three-way pipe were gained ，which can offer theoretical basis on fluid transportation in the petroleum pipeline. Key words : Fluent three-way ；Connection pipe ；Simulation analysis ；Distribution graphs Fluent 是目前国际上比较流行的商用CFD 软件包，在美国的市场占有率为60%，广泛应用于流体、热传热和各种化学反应等有关工业。软件包括前处理器（利用Gambit 进行物理建模、网格划分和划定边界层条件）、求解器（根据专业条件不同，采用不同的求解器，并规定物性、外部工作环境和进行数值迭代）和后处理器（把一些数据可视化，满足用户的特定要求）。 三通管在石油工业中应用广泛，采用传统的设计开发方法，存在经济成本高，研发周期长等缺陷，耗费大量的人力、物力 [1-2] 。应用CFD 软件，能够在 相对较短的设计周期内，较低的成本运行下，准确模拟流动具体过程，如速度场、压力场和温度场等的时变特性等。CFD 技术已经成为不可缺少的设计手段。 本文利用Fluent 的超强数值计算和分析能力对三通管道内原油流动时的速度、压强和温度场进行了数值模拟和分析，为石油管道中的流体输送提供了可靠的理论依据。 1 数学模型的建立和分析 输油管道管中，原油在三通管内的流动属于湍流，简化方程管道内的流体流动满足质量守恒、动量守恒、能量守恒、状态方程等。 连续性方程（连续性方程式质量守恒定律在流体力学中的表现形式）在直角坐标系下表示为（（1）方程） [3-5] ： 0)()()(=??+??+??+??z y x t z y x νννρρρρ （1） 式中：V x ，V y ，V z 是速度矢量ν在x 、y 和z 轴方向的分量，t 是时间，ρ是密度。 最常用的湍流求解模型是标准k -ε湍流模型。它需要求解湍动能k ((2)方程)和耗散率ε((3)方程)，具体如下所示： Y G G x x M b k i t i k t k ?+++??+??=ρεσμρ μ)[(d d （2） K K k t C G C G C x x b K i t i εμρεσμερεεε2 231)(])[(d d ?++??+??= （3）

越浪海堤的断面设计

越浪海堤的断面设计 程永东 江洧 （广东省水利水电科学研究院， 广州，510610） 摘 要：本文介绍了越浪海堤断面设计的基本方法，提出了解决了堤身断面设计过程中越浪量、堤顶高程、堤身强度、排水及恢复自然型海岸等设计问题的方法。 关健词：海堤 越浪量 断面设计 护面强度 排水 自然型海岸 1 概述 我国有总长3.2万公里的海岸线，其中大陆海岸线1.8万公里，岛屿海岸线1.4万公里，随着沿海地区社会经济的快速发展，台风暴潮造成的损失越来越大，已建海堤大部分已很难适应当前防潮、洪的要求。由于缺乏反映海堤自身特点和要求的国家标准，海堤工程设计、施工和管理难以做到安全适用、技术先进、经济合理、管理规范的要求。笔者近年为配合广东省“十项民心工程”的实施，编撰广东省地方标准《广东省海堤工程设计导则（试行）》DB44/T182-2004，期间，对现有海堤作了一些调研，并根据已有的设计工作经验，针对越浪海堤的断面设计，在此提出粗浅看法。 目前，海堤的设计以是否允许越浪划分为两大类，即不允许越浪和允许部分越浪。大部分的海堤建在软土地基上，若都按不允许越浪标准设计，则对堤顶高程和断面尺寸的要求较高，投资大，往往不经济合理，允许部分越浪的海堤的合理设计就成了设计者要认真考虑的问题。越浪海堤的断面设计主要解决越浪量、堤顶高程、堤身断面、护面强度及排水及恢复自然型海岸等方面的问题。 2 设计步骤 2.1堤顶高程 堤顶高程是确定堤身断面规模的关键设计参数。堤顶高程的确定要考虑海堤沉降量，可按下式计算： A R h Z F P P ++= （1） 式中 P Z ——对应设计频率水位的堤顶高程（m ）； P h ——与设计频率相应的高潮位（m ）； F R ——按设计波浪计算的累积频率为F%的波浪爬高值（m ）；由于按允许部分越浪设 计，取13=F %； A ——安全超高值（m ），按表2规定值选取。 表2 堤顶安全加高值 海堤工程等级 1 2 3 4 5 允许部分越浪A （m ） 0.5 0.4 0.4 0.3 0.3

FLUENT算例 (3)三维圆管紊流流动状况的数值模拟分析

三维圆管紊流流动状况的数值模拟分析 在工程和生活中，圆管内的流动是最常见也是最简单的一种流动，圆管流动有层流和紊流两种流动状况。层流，即液体质点作有序的线状运动，彼此互不混掺的流动；紊流，即液体质点流动的轨迹极为紊乱，质点相互掺混、碰撞的流动。雷诺数是判别流体流动状态的准则数。本研究用CFD 软件来模拟研究三维圆管的紊流流动状况，主要对流速分布和压强分布作出分析。 1 物理模型 三维圆管长2000mm l =，直径100mm d =。 流体介质：水，其运动粘度系数6 2 110m /s ν-=?。 Inlet ：流速入口，10.005m /s υ=，20.1m /s υ= Outlet ：压强出口 Wall ：光滑壁面，无滑移 2 在ICEM CFD 中建立模型 2.1 首先建立三维圆管的几何模型Geometry 2.2 做Blocking 因为截面为圆形，故需做“O ”型网格。

2.3 划分网格mesh 注意检查网格质量。 在未加密的情况下，网格质量不是很好，如下图 因管流存在边界层，故需对边界进行加密，网格质量有所提升，如下图

2.4 生成非结构化网格，输出fluent.msh等相关文件 3 数值模拟原理 紊流流动

当以水流以流速20.1m /s υ=，从Inlet 方向流入圆管，可计算出雷诺数10000υd Re ν ==，故圆管内流动为紊流。 假设水的粘性为常数（运动粘度系数62 110m /s ν-=?）、不可压流体，圆管光滑，则流动的控制方程如下： ①质量守恒方程： ()()()0u v w t x y z ρρρρ????+++=???? (0-1) ②动量守恒方程： 2()()()()()()()()()()[]u uu uv uw u u u t x y z x x y y z z u u v u w p x y z x ρρρρμμμρρρ??????????+++=++??????????'''''????+---- ???? (0-2) 2 ()()()()()()()()()()[]v vu vv vw v v v t x y z x x y y z z u v v v w p x y z y ρρρρμμμρρρ??????????+++=++??????????'''''????+- ---???? (0-3) 2 ()()()()()()()()()()[]w wu wv ww w w w t x y z x x y y z z u w v w w p x y z z ρρρρμμμρρρ??????????+++=++??????????'''''????+- ---???? (0-4) ③湍动能方程： ()()()()[())][())][())]t t k k t k k k ku kv kw k k t x y z x x y y k G z z μμρρρρμμσσμμρεσ????????+++=+++????????? ?+ ++-?? (0-5) ④湍能耗散率方程： 212()()()()[())][())][())]t t k k t k k u v w t x y z x x y y C G C z z k k εεμμρερερερεεεμμσσμεεεμρσ??????? ?+++=+++??????????+++-?? (0-6) 式中，ρ为密度，u 、ν、w 是流速矢量在x 、y 和z 方向的分量，p 为流体微元体上的压强。 方程求解：采用双精度求解器，定常流动，标准ε-k 模型，SIMPLEC 算法。 4 在FLUENT 中求解计算紊流流动 4.1 FLUENT 设置 除以下设置为紊流所必须设置的外，其余选项和层流相同，不再详述。

应用FLUENT进行射流流场的数值模拟

应用FLUENT进行射流流场的数值模拟 谢峻石何枫 清华大学工程力学系 一．引言 射流是流体运动的一种重要类型，射流的研究涉及到许多领域，如热力学、航空航天学、气象学、环境学、燃烧学、航空声学等。在机械制造与加工的过程中，就经常利用压缩空气喷枪喷射出高速射流进行除尘、除水、冷却、雾化、剥离、引射等。在工业生产中，改善气枪喷嘴的设计，提高气枪的工作效率对于节约能源具有重大的意义。 FLUENT是目前国际上比较流行的商用CFD软件包，它具有丰富的物理模型、先进的数值方法以及强大的前后处理功能，在航空航天、汽车设计、石油天然气、涡轮机设计等方面都有着广泛的应用。本文的工作就是将FLUENT应用于喷嘴射流流场的数值模拟，使我们更加深刻地理解问题产生的机理、为实验研究提供指导，节省实验所需的人力、物力和时间，并对实验结果的整理和规律的得出起到很好的指导作用.。 二．控制方程与湍流模式 非定常可压缩的射流满足如下的N-S方程： （1） 上式中，是控制体，是控制体边界面，W是求解变量，F是无粘通量，G是粘性通量，H是源项。

采用二阶精度的有限体积法对控制方程进行空间离散，时间离散采用Gauss-Seidel隐式迭代。 FLUENT软件包中提供了S-A(Spalart-Allmaras)，K-（包括标准K-、RNG K-和Realizable K-），Reynolds Stress等多种湍流模式，本文在大量数值实验的基础上，亚音速射流选择RNG K-湍流模式，超音速射流选择S-A湍流模式。 三．算例分析 （一）二维轴对称亚声速自由射流 计算了一个出口直径为3mm的轴对称收缩喷嘴的亚声速射流流场，压比为1.45。外流场的计算域为20D×5D（见图1）。 图1 计算域及网格示意图 图2显示的是速度分布，图3、图4分别显示了轴线上的速度分布以及截面上的速度分布计算值与实验值的比较。从图中可以看出，亚声速自由射流轴线上的速度核心区的长度约为5～6D，计算值与实验值吻合的比较一致，证明RNG k-湍流模式适合于轴对称亚音速自由射流的数值模拟。

Fluent数值模拟步骤

Fluent数值模拟的主要步骤 使用Gambit划分网格的工作： 首先建立几何模型，再进行网格划分，最后定义边界条件。 Gambit中采用的单位是mm，Fluent默认的长度是m。 Fluent数值模拟的主要步骤： （1）根据具体问题选择2D或3D求解器进行数值模拟； （2）导入网格(File-Read-Case)，然后选择由Gambit导出的msh文件。 （3）检查网格(Grid-Check)，如果网格最小体积为负值，就要重新进行网格划分。（4）选择计算模型(Define-Models-Solver)。（6） （5）确定流体的物理性质(Define-Materials)。 （6）定义操作环境(Define-Operating Conditions)。 （7）指定边界条件(Define-Boundary Conditions )。 （8）求解方法的设置及其控制（Solve-Control-Solution）。 （9）流场初始化（Solve-Initialize）。 （10）打开残插图（Solve-Monitors-Residual）可动态显示残差，然后保存当前的Case和Data文件（File-Writer-Case&Data）。 （11）迭代求解（Solve-Iterate）。 （12）检查结果。 （13）保存结果（File-Writer-Case&Data），后处理等。 在运行Fluent软件包时，会经常遇到以下形式的文件： .jou文件：日志文档，可以编辑运行。 .dbs文件：Gambit工作文件，若想修改网格，可以打开这个文件进行再编辑。 .msh文件：Gambit输出的网格文件。 .cas文件：是.msh文件经过Fluent处理后得到的文件。 .dat文件：Fluent计算数据结果的数据文件。 三维定常速度场的计算实例操作步骤 对于三维管道的速度场的数值模拟，首先利用Gambit画出计算区域，并且对边界条件进行相应的指定，然后导出Mesh文件。接着，将Mesh文件导入到Fluent求解器中，再经过一些设置就得到形影的Case文件，再利用Fluent求解器进行求解。最后，可以将Fluent 求解的结果导入到Tecplot中，并对感兴趣的结果进行进一步的处理。