基于FLUENT的圆形垂直浮力射流的数值模拟(2)
6.4 本章小结 31
结 论 32
致 谢 33
参考文献 34
1 引言
1.1 概述
射流就是从狭缝、孔口、管口射出（或靠机械推动），并和周围流体掺混的一类流体流动。随着科技的飞速发展，射流越发广泛地应用于工程技术领域中，如航空航天、能源化工、水利工程和环境保护等。大多数射流在运动过程中除了受到重力作用外,还会受到射流与温度差等引起的浮力作用,此类射流就是浮力射流。喷口为圆孔，且圆孔的法线方向与铅直方向同向，这类浮力射流即圆形垂直浮力射流。目前，静止以及均匀流动环境中的圆形垂直浮力射流已经得到了较为充分的发展，但实际工程中大部分浮力射流问题发生在波浪环境中，这类问题是目前浮力射流发展的主要方向。当前浮力射流主要有实验方法、理论分析和数值模拟三种研究方法[3]。
1.1.1 实验方法
实验方法就是运用不同测量方法对相关参数进行量测，得到实验结果，最后对实验结果进行总结从而得到经验公式。由于理论分析方法无法有效地解决复杂浮力射流问题，因此实验方法适用于此类问题。
1.1.2 理论分析
理论分析的代表方法有相似分析方法以及积分方法。其主体思路是:以静止均匀条件下射流存在相似解为基础，建立掺入强度呈线性变化，温度、流动断面时均流速、密度等存在自相似分布等合理假设，结合流体运动的三大基本守恒（质量、动量、能量守恒）方程，就可以积分流体运动的三大微分方程，最终将偏微分方程向常微分方程转化并综合对应的定解条件进行求解。由于理论分析比较复杂，尽管可以采用一定的简化处理，但是分析过程中总是不可避免的存在各种各样的假定，流动还需要考虑自相似性，导致理论分析方法的适用范围比较局限。
1.1.3 数值模拟
目前计算机技术的发展很快，而且湍流模型也在逐渐丰富和完善，数值模拟方法已经成为浮力射流研究的有效手段。与上述理论分析方法相比，利用湍流模型进行数值模拟对浮力射流的流动特性都可以通过计算分析得出，并不需要预先进行假定。采用不同的湍流模型并设置对应的模型参数可以得到特定要求问题的解。数值模拟方法具有消耗低、适应范围广、流场特性模拟逼真、计算速度快、计算模型可选性高等优势，因此人们对于浮力射流的数值模拟愈加重视。
1.2 国内外浮力射流研究现状
1.2.1 静止环境
1.2.2 流动环境
1.2.3 浮力射流发展方向
1.3 本文研究内容
目前，比较常用的计算流体动力学（CFD）软件及相关仿真软件很多。ANSYS Fluent、ANSYS CFX、Phoenics、STAR-CD等软件最为常见。Fluent软件拥有多种求解方法以及多重网格加速收敛技术，另外还拥有许多丰富且先进的物理模型。因此其在CFD领域占有绝对的领先地位。本文将建立圆形垂直浮力射流与液体相互作用的物理模型以及数学模型，并应用Fluent软件分别对矩形计算区域、改变了喷孔直径、喷射气压以及渐扩型结构尺寸的渐扩型计算区域内的圆形垂直浮力射流的扩展特性进行数值模拟，从而得到相应条件下的速度矢量图、压力分布图、温度分布图等。最后对结果进行分析和比较，以便得出圆形垂直浮力射流的流动特性。
2 Fluent软件简介[12]
2.1 Fluent的主要特点
1)先进的网格技术
下一篇：研究弛豫对光磁共振信号的影响