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研究生:邱怡樺
論文名稱:二維文氏管內氣流數值模擬分析研究
論文名稱(外文):Numerical studies of air flow in the two-dimensional Venturi tube
指導教授:李嘉塗李嘉塗引用關係
學位類別:碩士
校院名稱:國立屏東科技大學
系所名稱:環境工程與科學系所
學門:工程學門
學類:環境工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2013
畢業學年度:101
語文別:中文
論文頁數:76
中文關鍵詞:FLUENTCFD湍流模型
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實驗測量方法是理論分析和數值方法的基礎,然而,實現往往受到模型尺寸、流場環境、人為因素和測量精準度的限制,且還需投入相對較多的經費、人力和物力。CFD方法克服了理論分析與實驗研究的弱點,利用電腦計算,方便快速的展現氣體流動情形。在自然環境中和工程裝置中的流動通常是湍流流動,根據所建立的模型所需要的微分方程式的數目,可以分為零方程式模型(代數方程式模型)、單方程式模型和雙方程式模型。本模擬研究使用FLUENT-2D求解器計算,是以一個二維漏斗型噴管,利用兩端高低壓力差,採用Spalart-Allmaras單方程式湍流模型,藉以觀察噴管內氣體流動的各種狀態。
研究結果顯示,入口處的大氣壓力越大,噴管內氣流的壓力也就越大;在入口處的壓力設置越大,氣流在通過中央噴口處後,氣壓雖然下降,但是壁面壓力上升;噴管壁面所承受的壓力較長管組低且組較長氣流在噴管內流動的速度會比組較短的噴管快;在噴管內流體溫度方面,均呈現在噴嘴處流體速度雖是管內最快速,但平均溫度卻是管內最低;在噴管內流體濃度方面,喉管的部分流體濃度是全噴管中最低的部份;流體在噴管內的壓力與濃度有著顯著關聯性。

Experimental me surements are theoretical analysis and numerical methods based, howeer, tend to be the model to achieve and numerical size, flow field environment, human factors and measurement accuracy limitations, and the need to invest relatively more funding, manpower and material resources.CFD method overco es the theoretical analysis and experimental study weaknesses, using computer calculations, convenient and fast to show the gasflow situations. In the natural environment and engineering
pparatus flow is usually turbulent flow, according to the model of the required number of differential equations, equation model can be divided into the zero (algebraic

equation model), both single programming model and the

model equations.The simulation studies using FLUENT-2Dsolver,based on a two-dimensional funnel-shaped nozzle, the use of low pressure difference at both ends, using the Spalart-Allmaras one equation turbulence model, in

order to observe the gas flow in the nozzle of the various states.


The results show that the greater the atmospheric pressure inlet, nozzle air pressure inside the greater; pressure setting at the entrance to the greater airflow through the central vents, the air pressure although the decline, but the
wall pressure rise; spray the pressure on the wall surface of a long tube group

and the group of low

flow in the nozzle long flowing faster than shorter


I

nozzle set fast; fluid temperature inside the nozzle side, showed now though is the fluid velocity at the nozzle tube fastest, but the average temperature is the lowest tube; fluid concentration in the nozzle, the throat of the nozzle part of the fluid density is the lowest part of the whole; fluid pressure inside the nozzle has a significant correlation with the concentration of sex.

目錄
第1章 前言 1
1.1 研究動機 1
1.2 研究目的 2
1.3 研究流程 2
第2章 文獻回顧 4
2.1 計算流體力學簡介 4
2.2 計算流體力學應用範圍 6
2.3 統御方程式 8
2.4 研究模型概念:文氏管 10
2.4.1 文氏管簡介 10
2.4.2 文氏管原理 11
2.4.3 文氏管原理應用 12
2.4.4 文氏管的優點 12
第3章 材料與方法 14
3.1 Gambit軟體: 15
3.1.1網格形式 17
3.2 Fluent 12.1 18
3.2.1 軟體簡介 18
3.2.2 基本假設 21
3.2.3 邊界條件及初始條件設定 21
3.3 網格模型 24
3.4 格點系統設定 25
3.5 求解器與離散化 27
3.5.1 鬆弛係數與收斂標準 27
3.5.2 網格檢查與各項參數設定 30
3.6 電腦配備 36
第4章 結果與討論 37
4.1 基礎模型的建立 37
4.2 導入Fluent程序 40
4.3 結果與討論 44
4.3.1 第一種類噴管模型 44
4.3.2 第二種類噴管模型 48
4.3.3 第三種類噴管模型 53
第5章 結論與建議 61
5.1 結論 61
5.2 建議 63
參考文獻 64

表目錄
表3-1 第一種類噴管模型各項邊界條件所設定的數值與參數值 23
表3-2 第二種類噴管模型各項邊界條件所設定的數值與參數值 23
表3-3 第三種類噴管模型各項邊界條件所設定的數值與參數值 24
表3-4 第一種類噴管模型各項方程式收斂基準(殘餘值設定) 29
表3-5 第二種類噴管模型各項方程式收斂基準(殘餘值設定) 29
表3-6 第三種類噴管模型各項方程式收斂基準(殘餘值設定) 29
表3-7 電腦規格一覽表 36


圖目錄
圖1-1 研究流程 3
圖2-1 文氏管(Venturi tube) 11
圖2-2 文氏管原理示意圖 (中興大學物理系) 12
圖3-1 GAMBIT2.4 初始畫面 16
圖3-2 GAMBIT2.4 初始畫面2 17
圖3-3 (a)結構化網格 (b)非結構化網路 18
圖3-4 ANSYS FLUENT 12.1 軟體實際操作介面 20
圖3-5 ANSYS FLUENT 12.1 軟體實際操作介面2 20
圖3-6 計算網格系統-節點分布 26
圖3-7 計算網格系統-網格分布 26
圖3-8 網格體積(須為正值) 30
圖3-9 設定網格單位與建立模型之長度單位mm 31
圖3-10 選擇模擬方式 31
圖3-11 入口邊界條件設定 32
圖3-12 出口邊界條件設定 33
圖3-13 設定求解器 34
圖3-14 流場參數初始化 34
圖3-15 迭代計算設定(預計設定400次) 35
圖4-1 幾何模型的建立 37
圖4-2 二維噴管模型 38
圖4-3 二維噴管節點設立 38
圖4-4 二維噴管網格鋪設 39
圖4-5 邊界設定 39
圖4-6 網格導入 40
圖4-7 鏡射成完成噴管 41
圖4-8 設定為atm 41
圖4-9 設定模式 42
圖4-10 設定入口流量 42
圖4-11 設定出口流量 43
圖4-12整體區域網格圖 44
圖4-13出口流量質量監測變化曲線 45
圖4-14 殘差監測變化曲線 45
圖4-15噴管內壓力強度分布圖 46
圖4-16噴管壁面壓力強度分布圖 47
圖4-17噴管內流體速度分布圖 47
圖4-18整體區域網格圖 48
圖4-19出口流量質量監測變化曲線 49
圖4-20 殘差監測變化曲線 50
圖4-21噴管內壓力強度分布圖 51
圖4-22噴管壁面壓力強度分布圖 52
圖4-23噴管內流體速度分布圖 53
圖4-24整體區域網格圖 54
圖4-25出口流量質量監測變化曲線 54
圖4-26 殘差監測變化曲線 55
圖4-27噴管內壓力強度分布圖 56
圖4-28噴管壁面壓力強度分布圖 57
圖4-29噴管內流體速度分布圖 58
圖4-30噴管內流體溫度分布圖 59
圖4-31噴管內流體濃度分布圖 60

參考文獻
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