十字?jǐn)嚢杵鲀?nèi)流體流動模擬

1、十字?jǐn)嚢杵鲀?nèi)流體流動模擬二維十字?jǐn)嚢杵髦虚g葉輪長h=9cm）寬l=2cm,攪拌桶中盛有水，半徑r=0.5m , 攪拌器以角速度=5rad/s ,坐標(biāo)系原點(diǎn)取為葉輪中心，模型簡圖如圖-1所示。圖-1、模型建立1、啟動gambit,設(shè)置工作目錄。2、首先建立十字?jǐn)嚢杵髂Ｐ?，攪拌器可以看成兩個(gè)矩形合并而成，矩形的成應(yīng)2h+l ,寬即為l ,故單擊創(chuàng)建面板塊，如圖-2在create real rectangular faces 板中輸入寬為0.2 ,高為0.02 ,單擊apply,再輸入寬為0.02 ,高為0.2 ,單擊 apply,生成如圖-3所示的交叉的兩個(gè)矩形，其中矩形的中點(diǎn)和原點(diǎn)重合。3、圖-

2、2圖-33、將兩個(gè)交叉矩形合并為一個(gè)面域，在face面板中，利用布爾運(yùn)算如圖-4所示, 將兩個(gè)矩形進(jìn)行合并，如圖-5所示圖-4gy圖-54、下面再創(chuàng)建動區(qū)域和靜區(qū)域交界的兩個(gè)圓，在face面板中的create realcircular face面板中，如圖-6中的radius欄中輸入0.5,單擊apply,再次輸入 0.12 ,單擊apply ,如圖-7所示。圖-6圖-75、接下來進(jìn)行面域的布爾運(yùn)算，在 face面板的subtract real face升，如圖-8所示進(jìn)行布爾減操作（保留小圓面域），將大圓面域減成一個(gè)圓環(huán)如圖-9所示圖-8圖-96、再用十字?jǐn)嚢杵髅鏈p去小圓面域， 同樣在sub

3、tract real facess板中依此輸入兩個(gè)面域（不保留十字?jǐn)嚢杵髅嬗颍┤鐖D-10,單擊apply鍵，模型將建立成功。subtract rea) facesfacesubtractfacestolerance|ace.5retain|ace.2|retainauto iapply | r-s.t | qg |圖-10二、網(wǎng)格劃分1、選擇網(wǎng)格劃分模塊，打開 meshfaces面板。在faces中選取圓環(huán)面域，設(shè)置 網(wǎng)格劃分方式為 quad單元和map法劃分，選擇spacing下面的interval count, 并填入200,在proj intervals（徑向劃分的間隔數(shù)）輸入50,如圖

4、-11所示，單擊apply進(jìn)行吊定，生成如圖-12所示的面網(wǎng)格。圖-11圖-122、接著，冉對中間動區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格的劃分， 在mesh faces面板中的faces中選取 中間表征動區(qū)域的面域，如圖-13所示，運(yùn)用的網(wǎng)格劃分方式為 quad單元和pave法劃分，選擇spacing下面的interval size并在左側(cè)輸入0.005,單擊apply進(jìn)行 確定，生成如圖-14的網(wǎng)格。圖-13圖-153、進(jìn)行邊界條件的定義，進(jìn)入到邊界條件的設(shè)置模塊，在specify boundary types 面板中選擇十字?jǐn)嚢杵鞯?2條邊，將它們定義為 wall邊界，名字為jbq-wall。然后選擇圓環(huán)與動區(qū)域

5、交界的兩條邊，這里的兩條邊是重合在一起的，將其兩條邊都定義為interface界，名字分別為interface-1和interface-2,如圖一15所 示。圖-154、進(jìn)行計(jì)算區(qū)域的定義，將其區(qū)域定義為靜區(qū)域和動區(qū)域，在 specifycontinuum types面板中將外部面定義為 fluid ,名稱為jing,將內(nèi)部面域定義 為fluid ,名稱為dong,如圖-16所示。5、進(jìn)行網(wǎng)格質(zhì)量的檢查，如圖-16.1、圖16.2所示。6、最后執(zhí)行file export-msh命令，將網(wǎng)格輸出為.msh格式圖-16；.7ljn?!te3e：!l!iri. ct.,圖-17.1圖-16.2三、求

6、解計(jì)算1、啟動fluent!維單精度計(jì)算器，執(zhí)行 file-reack case命令，將.msh文件 讀入如圖一17所示2 fluent 2d, pbnsf skek恪grid define solve adapt surfaee display plot report parallel hreadwrite卜data一importexport.,cas? & data.pdf.dtrm rays.view factor5.irrterpolate.k.hardcopybatch option1smprofile. !p1sat table.,save layoutscheme-rum”juu

7、rrih rsf.def a ult_id4760zuoyeexite rweito ngdao 3miiwa nggedefau it_id4464n n _ _ _圖-182、對網(wǎng)格進(jìn)行檢查，執(zhí)行check命令，檢查窗口最后一行將會出現(xiàn)“ done”語 句，執(zhí)行scale命令，在如圖18中對計(jì)算區(qū)域的尺寸和單位制進(jìn)行設(shè)置，單 位為m,保持默認(rèn)值。圖-18mr f模型的計(jì)算1、執(zhí)行de巾ne-models-solver命令，彈出如圖-19的對話框，保持默認(rèn)設(shè)置，單 擊ok按鈕。2、執(zhí)行 define-models-viscous命令，彈出 viscous model 對話框，在 model

8、選項(xiàng) 中選擇k-epsilon (2 eqn),在k-epsilon model選項(xiàng)下選擇standard,保留其他默 認(rèn)設(shè)置，如圖-20s3 solversolver pressure baseddensity basedformulation implicitc expricilspacei*2daxi symmetricaxisymmetric swirli r 3dvelocity farmulation absolute relative；gradient optionf gireen-gauss cell based, green-gauss node b&sedleast squ

9、ares cell basedtime(* steady, unsteadyporous formulation# superficial velocityphysical velocity圖-19m viscous modelmodelinviscid laminarspalart-allmaras |1 eqn) k-epsilon (2 eqn k-omega (2 eqn reynolds stress |5 eqnk-epsilon model standardc rng realizablenearwall treatment standard wall fundions non-

10、equilibrium wall functions enhanced wall treatment user-defined wall functionsmodel constants.cmud.09ci-epsilon 1.44c2-epsllon1.92_ike prandtl numberidustr defined fund沁nsturbulent viscositynoneprandtl numbersok cancel help圖-203、定義流體的材料-水，完成對材料物性的定義(水的密度和動力粘度分別為998.2kg/m3和0.001003kg/(m?s),zai 5rad/s

11、的角速度下，旋轉(zhuǎn)水的雷諾數(shù)約為 104,)如圖-21所示。3 fluent database materialsfluent fluid malurialsivinyl-trichlorosilane g*cl3cli2ch vinylidene-chloride |ch2cd2material typefluidwater-liquid h2owater-vapor (h2o wood-volatiles (wood vol)ordqr materials by “ name 廠 chemical formuladeletepropertieshelp |edit.closenew.copy

12、 materials from case. i圖-22圖-214、下一步設(shè)置計(jì)算的環(huán)境，執(zhí)行 de巾ne-operating condition命令，打開對話框, 保持默認(rèn)值，如圖-22所示，點(diǎn)擊ok按鈕?；?operating conditionsi pressuregravityoperating pressure (pascai) gravity i 1101325reference pressure locationok cancel help5、執(zhí)行de巾ne-boundary condition命令，彈出如圖-23所示的進(jìn)行邊界條件的 定義，定義如下：圖-23在左邊的zone欄選中

13、jing,其type為fluid,單擊sat按鈕，打開如圖-24所 示。在對話框的material name下拉列表中選擇 water-liquid ,單擊ok,即設(shè) 置靜區(qū)域的流體為水。在左區(qū)域的zone欄中dong,其type也為fluid,單擊set,打開如圖-25所 示。在對話框的material name下拉列表中選擇 water-liquid ,選擇motion中 的 motion type 為 moving reference frame 即啟動 mrf模型，在 rotational velocity的speedrad/s欄中4u入5,單擊ok,即設(shè)置動區(qū)域內(nèi)的流體為水， 且以5

14、rad/s的角4度在旋轉(zhuǎn)。在左邊的zone欄中選中jbq-wall,其type為wall,單擊set,打開如圖-26 所示的wall對話框，在對話框 momentum下選擇 wall motion中的moving wall,并選擇 motion 下方的 relative to adjacent cell zone和 rotation,保持 speedrad/s五口 rotation-axis origin 的 xm卜ym為0,單擊ok,即定義十字?jǐn)嚢杵魅~輪與鄰近的區(qū)域一起以5rad/s同步轉(zhuǎn)動。6、出來定義以上邊界條件之外， 還要定義交界面，執(zhí)行de巾ne-grid interfaces 命令

15、，彈出如圖-27所示的對話框，在grid interfaces輸入欄中輸入名稱交界， 在 interfaces zone 1 列表中選擇 interface-1,在 interfaces zone 2列表中選擇 interface-2,單擊create按鈕創(chuàng)建交界面。二 fluidzone name i jingmaterial namewater-liquidedit. jporous zonelaminar zonesource terms fixed valuesmotion porous zone reaction source terms fixed valuesrotation-a

16、xis originmotion type stationaryokii cancel help |圖-24l- fluid圖-25n wall圖-267、下面對求解參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，執(zhí)行 置，如圖-28所示，單擊ok按鈕。圖-27solve-control-solution 命令，保持默認(rèn)設(shè)圖-288、對流場進(jìn)行初始化，執(zhí)行 solve-initialize命令，在solution initialization對話框 中選擇all-zones,對全區(qū)域進(jìn)行初始化，順序單擊init、apply、close按鈕，如圖 -29所示。solution initialization圖-299、初始化后，執(zhí)

17、行 solve-monitors-residual命令，在彈出的 residual monitors對 話框中選擇plot,打開殘差曲線圖。對話框下方的criteria中可以輸入各參數(shù)的收斂精度要求，將其設(shè)置為0.0001,單擊ok按鈕，如圖-30所示?？?residual monitors圖-3010、完成上述的步驟的設(shè)置后，執(zhí)行 file-write-case命令，將功成文件進(jìn)行保存 設(shè)置。11、執(zhí)行solve-iterate命令，設(shè)置迭代步為1000,如圖-31,單擊iterate按鈕開 始解算。得到的殘差圖如圖-32所示。圖-31iterationnumber of iteration

18、sreporting intervaludf profile update intervalite rate apply close helpmntinuity x-mj白身.-y-vileoityk皿3saik用蛻e心隹wit 301。fluent6.3 |a e 皿圖-3212、計(jì)算完后，執(zhí)行 display-contours命令，選擇 contours of下拉列表中的 pressure和 static pressure 選擇 contours of 下拉列表中的 velocity 和 vorticity magnitude,執(zhí)行 display-vectors命令，選擇 vectors

19、 of 下方列表中的 velocity, 可以分別看到攪拌桶內(nèi)與十字?jǐn)嚢杵髦車牧魉俜植?。如下圖所示（圖 -33、圖 -34、圖-35、圖-36、圖-37）2.5o0-k52 2.37e)2 2.23e*o2 2 口如鐘21.91b-h)2 1 67e+d2 1 s3e-*02 1 融+021 25e+j2 lth2 971b+d1 a.32e*o1 s-.b3b401 5s3e+0l 4j4e-h0i 2.74b+o1 1 35e+cl 3 mapr 17,2016fluent 6. a m pens.%魴n 5.0 ie-014.70e-o14.51e-o1 4.01 e-013.76e-

20、ol9.51e-0l3.2fe-o13.oqe-j012 76e-o12.5oe-o12.25s-o12.006-011.75e-o11.5qe-011 25e-o1 t ode-017.51 #-025.0 ie-022.5o6-o2contours of vetocity magnrtucie (m/s)apr 17. 2016fluent 6.3 (2d, pbns, ske)圖-34全區(qū)域的速度分布圖5,q1e-0l4 76e-o14 51e-01 4.2be-0l 4.01c-01 3.76e-01 3.51e-0l3維川 3.00e-fl1 2j5-o1 2.50e-fl1 2.2

21、5e412 0cte-fl1 1.7 國411.25e-fl1 1。氏山1 7.51e-02 5.016-022 50e-(j2 o.ode+ooconlours of velocity magnilude (m/s)apr 17.2016fluent6.3 (m pb嗎 ske)0.00e+00圖-35十字?jǐn)嚢杵髦車牧魉俜植荚茍Dis-ase-01 5 的 91 5,29e-o1ls.01e-o1 4 72e-oii4 44e-01 4.100-0113.07e-o1i3.59&o1|32口已由1 3 o2e-oi 2.74e-o1l 2j5b-o1 z17e-01l 19111 60e-o

22、ii 1 32e-ol1i.03-o1 7伽9 4 ese-021 81b-o2velocity vectors cotofed by velocity magnilude (mis)apr 17,2016fluent 6, a m pms.歐a圖-36全區(qū)域的流速矢量圖i5.86e-ol 5l5bb 5,29e-o1l 5.d1e-01 4 72e4)ii 4 44e-01 4.16b-o1i 3.07e-o1l 3.s9e-o1li3-.30601 3 q2 w z74s-01i 2j5b-o1 z17e-01l 1.白奧孫l11 60e-oii 1 3271 1lq34-g1 7星舞42

23、 4 056-02 1 91b-o2velocity vectors cotofecj by velocity magnitude (mis)apr 17,2016 fluent e a rn pens.瑞看)圖-37十字?jǐn)嚢杵髦車牧魉偈噶繄D13、執(zhí)行file-write-data命令，將其保存為.dat文件。滑移網(wǎng)格模型計(jì)算利用滑移網(wǎng)格模型計(jì)算時(shí)，可直接在其上次模型的基礎(chǔ)上修改1、由于滑移網(wǎng)格模型求解的是非定常問題，所以首先執(zhí)行 define-models-solver 命令，將time下方的steady改為unsteady,如圖-38所示，單擊ok按鈕。圖-382、需要改變動區(qū)域的流體定

24、義，執(zhí)行 define-boundary conditions命令，在左邊 的zone欄中選中dong,單擊set按鈕，打開如圖-39所示的fluid對話框。在對 話框的 material name 下拉列表中選擇 water-liquid ,選取 motion 中 motion type 為 moving mesh,啟動滑移網(wǎng)格模型，并在 rotational velocity 的 speedrad/s中 輸入5,單擊ok按鈕。其他邊界條件定義、交界面、球結(jié)參數(shù)的定義與mrf模型設(shè)置均相同，這里 不用重復(fù)設(shè)置。3、再次對流場進(jìn)行初始化， 執(zhí)行solve-initialize命令，在solut

25、ion initialization對 話框中選擇all-zones,對全區(qū)域進(jìn)行初始化，順序單擊init、apply、close按鈕， 如圖-40所示。圖-39圖-403、完成上述步驟的設(shè)置后，執(zhí)行file-write-case命令，將功成文件進(jìn)行保存設(shè)4、執(zhí)行 solve-iterate命令，設(shè)置時(shí)間步長為(time step sizes 0.1,時(shí)間步(number of time step)為 500,并將 iteration 下方的 max iterations per time step 改為40,如圖-41所示，單擊iterate按鈕開始解算。得到的殘差圖如圖-42所示口 ite

26、ratetimenumber of time steps 509time stepping methodg fixedadaptive廣 variableoptionsr daita sampling for time statistiesiterationwwwmax iterations per time stepreporting inten/aldf profile update interval 1iterate apply! closel help圖-41residualssntinully x-wioclty y-velacilyapr 17,2016fluent 6.3 (2(

27、1, pbn與 ske, unsteady)圖-42scaled residuals (time=3.5000e+00)6、與mrf模型計(jì)算完后的都處理一樣，可得到下圖的壓力和流速分布云圖以及 流速矢量圖，如下圖所示，（圖-43、圖-44、圖-45、圖-46、圖-47）。4雌加2 3.81e+o2 3.s4e+o2 3.27#+023 0os2 2 73e*02 2儂*醛 2jse-h)21.92*-h)21 65em2 1 3取制2 1.11le+02 emoe 5.706+4)13.0l#+013 1wmq -2.3se+01 $082 .776e+01 -1.05e+d2apr 17,

28、2016fluent 6,3 (2d. pbits. ske. unsteady)圖-44全區(qū)域的速度分布圖contours of static pressure (piascal) (time=3_5m0e+00)apr 17. 2016fluent 6.3 (2d, pbns, ske, unsteady)圖-43全區(qū)域的壓力分布圖5.13e-0l 4-67e-0l4 61&-014.3e-01 11。舁口 13.65&-o13 59 葬 q1 3.13&-o1 ame-d12.&2e-012.56&-q1 2-31 &-012 唾 *q1 1.79&-01 1.545-d11.38&-0

29、1 1j3b-d17 69&-025 13e-02 之弟占。之 0 00e*00contours of velocity magnitude (m/s) (time-3.5000e+00)5.13&-014 田 7er14.6 ie-0143 * qi 4.10e-01 3.a5e-013.59e-fl13.33&-o13.08e-01 2,fl2e-012.56eo12.31&-01 工 05hl 1,7971 1.54e-0l1.28e-011.03e-017.69e-025.13e-022.56e-02 0.00e+00contours df velocity magnitude (m/-s) (time=3.5000e+00)apr 17, 2016fluent 6_3 (2d. pbnsr ske, unsteady)圖-45十字?jǐn)嚢杵髦車牧魉俜植荚茍D圖-406.39216.07&-o1 576e-h5 44建01 5.12714.81 e-01 4.496-o1 4.1