fluent氣穴現(xiàn)象的數(shù)值模擬仿真實(shí)例

1、21.3. 問題描述這個問題是考慮由于孔邊緣變化劇烈而形成的氣穴。流動是壓力流,入口壓力5*105Pa,出口壓力9.5*104Pa,孔的直徑為4mm,D/d=2.88,L/r=8,D為入口直徑,r為孔徑,L為孔長。具體結(jié)構(gòu)如圖所示。2D模式打開FLUENT,選擇Double Precision.(多相流一般推薦Double Precision讀取網(wǎng)格文件cav.msh.FileReadMesh.1、Check the mesh.檢查網(wǎng)格選擇窗口左面的General,在General中的mesh窗口中選擇check。以保證最小體積為正值。2、Check the mesh scale.檢查網(wǎng)格的尺

2、寸在General中的mesh窗口中選擇scale。保持默認(rèn)設(shè)置關(guān)閉Scale Mesh窗口Examine the mesh (Figure 21.2.Figure 21.2 The Mesh in the Orifice利用軸對稱建立了一半的問題模型,四邊網(wǎng)格朝向孔口方向逐漸細(xì)化,在孔內(nèi),網(wǎng)格的比率為1 。在計算結(jié)束以后,可以沿對稱軸對稱顯示結(jié)果。由于氣泡較小,流速很快, 重力忽略不計,完全軸對稱. 否則的話,你就要建立一個3D模型了。4、Specify an axisymmetric model.設(shè)定軸對稱模型在General中的solver窗口中的Type選項中保持Pressure-Ba

3、sed(多相流必須選擇pressure-based 求解器;在2D Space選項中,選擇Axisymmetric。注意:嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乃矐B(tài)計算要準(zhǔn)確的模擬氣泡形成、發(fā)展、由噴嘴噴進(jìn)以及破滅的不規(guī)則周期。在這個練習(xí),我們進(jìn)行的是穩(wěn)態(tài)的計算來仿真時間平均流中氣泡在分離區(qū)域的出現(xiàn)。在fluent窗口左側(cè)選擇 Models1、Enable the multiphase mixture model.設(shè)置多向混合流ModelsMultiphaseEdit.A、在Model 選項中選擇Mixture.“Multiphase Model”窗口出現(xiàn).B、把Multiphase Model”窗口中Mixture Par

4、ameters 的Slip Velocity 前的對號出去.這里不選用Slip Velocity 。因?yàn)樵谶@個練習(xí)中渦流強(qiáng)烈不會有大的氣泡產(chǎn)生,所以重力不重要,因此這里沒有必要選擇slip velocity.C、單擊OK 關(guān)閉Multiphase Model 窗口2、Enable the standard k- turbulence model with standard wall functions.選擇標(biāo)準(zhǔn)的k-渦流模型。Models Viscous Edit.A、在Model選項中選擇k-epsilonB、在k-epsilon Model選項中選擇Realizable.C、在Near-W

5、all Treatment 選項中保持默認(rèn)選項的Standard Wall Functions .D、單擊OK 關(guān)閉Viscous Model 窗口。選擇窗口左邊的Materials1、給主相添加材料MaterialsFluidCreate/Edit.A、在Name輸入water。B、在Density輸入1000C、在Viscosity輸入0.001.D、單擊Change/Create.出現(xiàn)Question窗口為你是否覆蓋air. 單擊Yes.2、Copy water vapor from the materials database and modify its properties.從材料

6、庫復(fù)制水蒸氣,并修改相應(yīng)屬性。MaterialsFluidCreate/Edit.A、單擊FLUENT Database.按鈕,打開FLUENT Database Materials窗口。a、FLUENT Fluid Materials選項列表中選擇water-vapor (h2o .滑動滑條就可以找到water-vapor (h2o.b、單擊Copy使water vapor 進(jìn)入模型.c、關(guān)閉FLUENT Database Materials窗口.B、Density中輸入0.02558C、Viscosity中輸入1.26e-06.D、單擊Change/Create,然后單擊close關(guān)閉Cr

7、eate/Edit Materials窗口.單擊窗口左邊的Phases1、Specify liquid water as the primary phase.指定水為主相Phasesphase-1Edit.A、在Name輸入liquid.B、在Phase Material下拉列表中保持默認(rèn)設(shè)置為water .C、單擊OK關(guān)閉Primary Phase窗口.2、Specify water vapor as the secondary phase.指定水蒸氣為第二相Phasesphase-2Edit.A、在Name輸入vapor .B、在Phase Material下拉列表中選擇water-vap

8、or .C、單擊OK關(guān)閉Secondary Phase窗口.3、Enable the cavitation model.設(shè)置氣穴模型PhasesInteraction.(1單擊Mass標(biāo)簽.設(shè)置Number of Mass Transfer Mechanisms為1.確定Mass Transfer選項中From Phase下拉菜單中l(wèi)iquid被選中、在To Phase下拉菜單中vapor被選中.在Mechanism下拉菜單中選中cavitation.此時Cavitation Model窗口出現(xiàn).保持默認(rèn)設(shè)置,尤其是保持Vaporization Pressure為3540.注意汽化壓力是與工作

9、液體的溫度有關(guān). 這里水的汽化壓力對應(yīng)的溫度是300K。.單擊OK關(guān)閉Cavitation Model窗口.單擊OK關(guān)閉Phase Interaction窗口.在窗口左邊選中Boundary Conditions對于多相流而言,要指定各相以及混合物的邊界條件。在這個練習(xí)中,只要在進(jìn)出口指定混合物和第二相的邊界條件就可以。壓力出口是downstream boundary順流邊界。與pressure inlets相反.1、Set the boundary conditions at inlet_1 for the mixture.設(shè)置inlet_1處混合物的邊界條件Boundary Conditi

10、onsinlet_1Edit. (1在Total Gauge Pressure(總壓設(shè)置為500000;在Supersonic/Initial Gauge Pressure(初始化壓力設(shè)置為449000。如果選擇壓力入口初始條件進(jìn)行計算(pressure-inlet conditions,Supersonic/Initial Gauge Pressure將與總壓力(駐點(diǎn)壓力stagnation pressure、Total Gauge Pressure聯(lián)合在一起去計算初始值,在可壓縮流動時根據(jù)等熵關(guān)系進(jìn)行計算,在不可壓縮流動時,是根據(jù)白努力方程進(jìn)行計算。否則,在不可壓縮流動計算中,Supers

11、onic/Initial Gauge Pressure輸入會被Fluent忽略不計。在這個問題中,速度將根據(jù)這兩個值的不同進(jìn)行初始化。(2在Direction Specification Method下拉菜單保持默認(rèn)選擇Normal to Boundary(3在Turbulence選框中的Specification Method下拉菜單中保持默認(rèn)選擇K and Epsilon(4在Turbulent Kinetic Energy輸入0.02.(5在Turbulent Dissipation Rate項保持1(6單擊OK關(guān)閉Pressure Inlet對話框.2、在inlet-1為第二項設(shè)置邊界

12、條件Boundary Conditionsinlet_1(1在Phase下拉菜單中選擇vapor.(2單擊Edit.打開Pressure Inlet對話框. (3單擊Multiphase標(biāo)簽保持Volume Fraction默認(rèn)值為0.(4單擊OK關(guān)閉Pressure Inlet對話框.3、將inlet_1處的邊界條件復(fù)制到inlet_2.Boundary Conditionsinlet_1(1在Phase下拉菜單中選擇mixture.(2單擊Copy.打開Copy Conditions對話框. 1從From Boundary Zone選擇菜單中選擇inlet_1.2從To Boundary

13、Zones選擇菜單中選擇inlet_2.3單擊Copy.一個Warning對話框?qū)⒋蜷_,詢問你是否將inlet_1邊界條件復(fù)制到inlet_2. 單擊OK. 4關(guān)閉Copy Conditions對話框.4、對outlet設(shè)置混合物的邊界條件.Boundary ConditionsoutletEdit. (1在Gauge Pressure輸入95000(2在Turbulence分組框中的Specification Method下拉菜單保持默認(rèn)選項K and Epsilon.(3Backflow Turbulent Kinetic Energy輸入0.02.(4在Backflow Turbulen

14、t Dissipation Rate保持默認(rèn)1.(5單擊OK關(guān)閉Pressure Outlet對話框.5、在outlet設(shè)置第二相的邊界條件.Boundary Conditionsoutlet(1在Phase下拉菜單選擇vapor.(2單擊Edit. to open the Pressure Outlet對話框. 1單擊Multiphase標(biāo)簽保持Volume Fraction為0.2單擊OK關(guān)閉Pressure Outlet對話框.選擇Boundary Conditions1.設(shè)置 operating pressure.Boundary ConditionsOperating Conditi

15、ons.（1）Vaporization Mass 設(shè)置 0.5. （2）Volume Fraction 設(shè)置0.95 . 注意: 對于高壓降或者大流氣比率的復(fù)雜算例而言，under-relaxation factors 要降低到0.1-0.2之間。Vaporization Mass 推薦為0.1， under-relaxation factor 可以設(shè)置為0.001到1. 3、設(shè)置殘差繪圖. Monitors ResidualsEdit. （1）在 Option 分組框中確保 Plot 被選擇. （2）continuity 設(shè)置為1e-07；設(shè)置 x-velocity,y-velocity,k

16、,and epsilon 為1e-05.降低此值會提高計算準(zhǔn)確度 （3）單擊 OK 關(guān)閉 Residual Monitors 對話框. 4、Initialize the solution.初始化計算 選擇 Solution Initialization Graphics and AnimationsContoursSet Up. （1）從 Contours of 下拉菜單選擇 Turbulence. and Turbulent Kinetic Energy(k. （2）單擊 Display. 在本算例中，網(wǎng)格是相當(dāng)粗糙的，然而在氣穴流動中，壓力分布是主要因素，對于網(wǎng) 格的尺寸并不是要求很高。 4、繪制水蒸汽的 volume fraction (Figure 21.6. Graphics and AnimationsContoursSet Up. （1）選擇 Phases. and Volume fraction 從 Contours of 下拉菜單. （2）從 Phase 下拉菜單選擇 vapor. （3）單擊 Display 關(guān)閉 Contours 對話框. 在孔徑附近的高渦流動能區(qū)與高的氣體含量相對應(yīng)。這意味著較高的相轉(zhuǎn)變率。 The high turbulent kine