水流對沙灘沖刷過程的數(shù)值模擬

1、5.3水流對沙灘沖刷過程的數(shù)值模擬5.3.1 案例簡介本案例是對水流沖刷沙灘過程的氣固液三相流進行數(shù)值模擬，如圖5-3-1所示，這是一個簡化的二維模型，區(qū)域總長度為2000mm總高度為500mm下半部為一傾斜的沙子區(qū)域。水流從左上角的100mnW的進口流入，進入?yún)^(qū)域沖刷沙子，然后從右側(cè)500mm高的出口流出。通過模擬，可清楚的看到水流對沙灘的沖刷過程，已經(jīng)氣固液三相的分布情況。圖5-3-1水流沖刷模型5.3.2 Fluent求解計算設(shè)置1 .啟動 Fluent-2D(1)雙擊桌面Fluent14.0 圖標，進入啟動界面。(2)選中Dimension 2D單選按鈕，取消對 Display Opt

2、ions下的三個復選按鈕的選擇。(3)其它保持默認設(shè)置即可，單擊OK按鈕進入Fluent 14.0主界面窗口。2 .讀入并檢查網(wǎng)格(1)執(zhí)行菜單欄中的File fReacRMesh命令，在弓t出的 Select File 對話框中讀入convection.msh 二維網(wǎng)格文件。(2)執(zhí)行菜單欄中的 MeshInfo 一Size命令，得到如圖 5-3-3所示的模型網(wǎng)格信息： 共有14342個節(jié)點，28411個網(wǎng)格面，14070個網(wǎng)格單元。(2)執(zhí)行菜單欄中的 MeshCheck命令。反饋信息如圖5-3-4所示，可以看到計算域三維坐標的上下限，檢查最小體積和最小面積是否為負數(shù)。!L puiplCe

3、llsFacFflKirlrsPar t i t i ons91H070N8TH1* 取IN1? nrll.zomrs, fi fie?-里口iipq.圖5-3-3網(wǎng)格數(shù)量信息Donkin Lxtents:x-conrilinril p： nin ( m = flanidx (n =九 口皿Rf新中觸y-CQCirdinate; niri (fi) = 0.000000+00B nw (n = 5*GOOBOte-fii Uolune statistic*ninimini uulunn (m3) : 3；,333241b-D5Hdxliuuki uuluiM? (3): 9 -037896(*

4、-05 total yoiurw心兀 Fir? statistics:ninlraudi Face arem(nZ): 3.33333 0-03nxlmuR Face area (m2); 1 pUt)UljtKde-02 匚heizki ng me!&h - - - - - - -lur*圖5-3-4 Fluent 網(wǎng)格信息3 .求解器參數(shù)設(shè)置(1)單擊選擇左邊workspace 中 Problem SetupfGeneral 命令，在出現(xiàn)的General面板中進行求解器的設(shè)置。(2) General面板中，開啟重力加速度。單擊選中Gravity 復選按鈕，Y(m/s2)文本框輸入-9.8

5、, Time下選中Transient單選框，其它求解參數(shù)保持默認設(shè)置，如圖 5-3-6所示。圖5-3-6求解參數(shù)設(shè)置(4)單擊選擇Problem Setup Model命令，對求解模型進行設(shè)置，如圖 5-3-7所示。(5)雙擊 Models fViscous-Laminar 選項(或選中 Viscous-Laminar ，然后點擊 Edit ), 打開 Viscous Model 窗口。(6)在彈出的窗口中， Model下選擇k-epsilon(2 eqn)單選按鈕，其他保持默認，如圖5-3-8所示，單擊OK按鈕，啟動k-e湍流方程。M 口 dels5-3-7計算模型選擇圖5-3-8湍流模型選

6、擇(7)再次回到 Models 面板，雙擊 Multiphase-off 選項，打開 Multiphase Model 窗口。 單擊選中 Model 下 Eulerian 單選按鈕， Number of Eulerian Phases 設(shè)置為 3,如圖 5-3-9 所示，單擊OK完成設(shè)置。圖5-3-9多相流模型選擇4 .定義材料物性(1)單擊選擇 Problem SetupMaterials命令，在出現(xiàn)的 Materials 面板中對所需材料進行設(shè)置，如圖 5-3-10所示。(2)雙擊面板中的 Materials fFluid選項，彈出材料物性參數(shù)設(shè)置對話框，如圖5-3-11所示。(3)材料物

7、性參數(shù)設(shè)置對話框中，單擊 FLUENTDatabase按鈕，打開 FLUENTDatabase Materials 窗口，F(xiàn)LUENTFluid Materials 下選擇 water-liquid(h2o) 選項，如圖 5-3-12 所示，單擊Copy,復制水的物性參數(shù)。(4)單擊Change/Create按鈕，保存對水物性參數(shù)的更改，單擊 Close關(guān)閉窗口。(5) Name文本框輸入 sand, Chemical Formula 清空，Density(kg/m3) 設(shè)置為 2500, Viscosity(kg/m-s) 設(shè)置為10,如圖5-3-13所示，單擊 Change/Create按

8、鈕，完成設(shè)置。Mate-rielsMiLgns| .-d. ,t. F, l圖5-3-10材料選擇面板圖5-3-11空氣物性參數(shù)|HuH,ChmcairSmiua圖5-3-12水物性參數(shù)設(shè)置圖5-3-13沙子物性設(shè)置-luw Fluid Maw i北ui.#曲yid百厘勺；比屈h炳旭-hicHh fhne clih?rh) 3nylidBnEHbnd (ch2【二 2、料 z t F千nr wDDd-volatiles選項，打開 Primary Phase 窗口，Name water-liquid 選項，如圖 5-3-16 所示。選項，打開 Primary Phase 窗口，Name sand

9、選項，選中 Granular 復選按鈕，5.兩相屬性設(shè)置(1)單擊選擇Problem Setup Phases命令，在出現(xiàn)的 Phases面板中對所需材料進行設(shè)置，如圖5-3-14所示。(2)雙擊 Phases 下 phase-1-Primary Phase 選項，打開 Primary Phase 窗口，Name 中輸入air , Phase Material 右側(cè)下拉菜單選擇 air選項，如圖5-3-15所示。(3)雙擊 Phases 下 phase-2-Primary Phase 中輸入water , Phase Material右側(cè)下拉菜單選擇(4)雙擊 Phases 下 phase-3

10、-Primary Phase 中輸入 sand , Phase Material右側(cè)下拉菜單選擇Properties 下 Diameter(m)設(shè)置為 0.000111 , Granular Viscosity(kg/m-s) 選擇 gidaspow 選項，Granular Bulk Viscosity(kg/m-s)選擇 lun-et-al 選項，Packing Limit 設(shè)置為 0.6 ,如圖5-3-17所示，單擊 OK(5)單擊 Phases 面板中的 Interaction 按鈕，彈出 Phase Interaction 窗口，Drag 選項卡下，相之間白拽力都設(shè)置為 schille

11、r-naumann 選項，如圖5-3-18所示，單擊 OK完 成設(shè)置。Pfl-a-SEEEd J (iri；占白性身：p圖5-3-15氣相設(shè)置圖5-3-16液相設(shè)置圖5-3-17沙子設(shè)置圖5-3-14氣固液相設(shè)置面板圖5-3-18三相間拖拽力設(shè)置6.邊界條件設(shè)置(1)單擊選擇Problem Setup f Boundary ConditionsConditions 面板中對邊界條件進行設(shè)置，如圖 5-3-19所示。命令，在才T開的BoundaryBoundAiy CondhinkBdufsiutFELnrdeF-iut r：iM北”u卜“丁 ElOutl Utl：CESflUftl0圖5-3-

12、19邊界選擇(2)雙擊面板中的 Zone一in選項，彈出 Velocity inlet 都設(shè)置為0.01 ,如圖5-3-20所示，單擊 OK完成設(shè)置。窗口，湍動能和湍流耗散率圖5-3-20進口邊界條件設(shè)置(4) Boundary Conditions 面板中，Phase下方的下拉菜單選擇 water選項，單擊Edit 按鈕，在彈出的窗口中，速度值設(shè)置為5m/s,如圖5-3-21所示，單擊選擇 Multiphase 選項卡，設(shè)置進口水的體積分數(shù)為 1,如圖5-3-22所示。圖5-3-21進口速度設(shè)置圖5-3-22進口水體積分數(shù)設(shè)置5.3.3求解計算1.求解控制參數(shù)(1)單擊選擇 Solution

13、 Solution Methods 命令，在彈出的 Solution Methods 面板 中對求解控制參數(shù)進行設(shè)置。(2) Scheme下選擇Coupled算法，其他保持默認設(shè)置，如圖 5-3-23所示。2.求解松弛因子設(shè)置(1)單擊選擇 Solution Solution Controls 命令，在弓t出的Solution Controls面板中對求解松弛因子進行設(shè)置。(2)面板中 Flow Courant Number 設(shè)置為 40, Momentum口 Pressure 都設(shè)置為 0.5 , Volume Fraction 設(shè)置為 0.4 ,如圖 5-3-24 所示。SnlLitior

14、t Melhod-s；PrBUbV.M 厲 CmEidwmpCnie9 3Cb-?0CnritaLn-ol -blirmt fncinn |ar (Titw=5.9 = JDp-(11iWMMFUUEMT lJlO 111Lnniaj-s -zilVc t-me- frjrtnn arl Jime=i= JQDJp-Qil iST&fiLUFNT MG ?圖5-3-38 0.599s 時刻氣相云圖圖5-3-39 0.900s時刻氣相云圖FiMMlI r-Mefll，：IMICT4M1 tOOMJi - fll1 HMIi tDU I MMil j：UU)l：04)lIIL色如Ml,T WE T

15、MMI1B利河1 frJClt-L1 方加附 國一CqFue qI ?Wul v lr: dm wihi：， Tirre=Q JDO. tjCLr:二口 UF 由用由口n產(chǎn)*學 ieH?班號TS FLU&JT IdOCh州目市FIXEMTHQ 口riMJoo2AJe4i i硼Ml1工四i I . * i圖5-3-40初始液相云圖圖5-3-41 0.299s 時刻液相云圖，髭*OJ vieMn a V*JJ *3+00 iO3XCjufr-ai I -301! 43ZUi 01*01H 2B Dda - i- H - I ”I3XM9 DCfrOl 色mn 5-OXH 丁3015-0fl 5DT

16、dCnnicws i VcLms fr-j-zinn 力創(chuàng)七”口口圖5-3-42 0.599s 時刻液相云圖 圖5-3-43 0.900s 時刻液相云圖mnEZ1 MW 丁 5azi1ESQZH-5國1， 5-mrfi3iQZ1 m + Wfrfl14 I1SIMN1陋皿1WH 川M用即N15731?ia4i 1 m聞 1 san1 JDb-41 &HP43- 歷H?CiMTfcajr . afVciijme hdi 歸hdj iTep=i OCKK ?+flClWfYBFUJENT ill 11Cpnfcxrs alAti ume liacaon -and- 11ieh 工品011?1，MMBrSFUJEMTllQl圖5-3-44初始固相云圖圖5-3-45 0.