FLUENT沖蝕分析案例

2016-08-10  by:CAE仿真在線  來源:互聯(lián)網(wǎng)

1 引子

本案例的目的在于演示如何使用FLUENT軟件模擬計算3D彎頭中的沖蝕現(xiàn)象。沖蝕現(xiàn)象在工程應(yīng)用中是一種非常普遍的現(xiàn)象。
本案例主要展示以下內(nèi)容:

• 使用沖蝕模型分析3D彎頭中的沖蝕現(xiàn)象
• 使用離散相模型
• 使用合適的求解參數(shù)求解案例
• 計算后處理

2 問題描述

本案例的幾何模型如下圖所示。該模型由兩個90°彎頭及連接管道構(gòu)成,介質(zhì)水從inlet口進入,從outlet口流出。

• 水流入速度10m/s,出口假設(shè)為outflow邊界,在求解過程中考慮湍流、等溫及穩(wěn)態(tài)條件。
• 密度1500kg/m3的顆粒從入口以初速度10m/s進入管道,顆粒直徑為200微米,質(zhì)量流量1kg/s
• 顆粒在壁面上的法向及切向反彈系數(shù)定義為顆粒沖擊角的多項式函數(shù)。在建立沖蝕模型時,沖擊角函數(shù)被用于定義管道壁面的塑性沖蝕(不同的沖擊角造成的管道壁面的損傷不同)
• 本例中,顆粒的粒徑函數(shù)定義為常數(shù)1.8×10?9" role="presentation">1.8×10?91.8×10?9

3 模型準備

本案例采用已有的網(wǎng)格模型。
以3D模式啟動FLUENT。

4網(wǎng)格

• 讀入網(wǎng)格文件3d-elbow.msh
• 利用Scale檢查網(wǎng)格尺度并縮放網(wǎng)格
• 利用Check按鈕檢查網(wǎng)格及網(wǎng)格質(zhì)量
• 選擇所有邊界面,顯示計算網(wǎng)格,如下圖所示。
  

5模型設(shè)置

• 添加Realizable k-epsilon湍流模型
• 雙擊模型樹節(jié)點Models > Discrete Phase(Off),彈出如下圖所示對話框。
• 設(shè)置激活I(lǐng)nteraction with Continuous Phase
• 設(shè)置Number of Continuous Phase Interactions per DPM Iteration為5
• 設(shè)置Max. Number of Steps參數(shù)值為10000
  
• 進入Physical Models標簽頁,選擇激活Erosion/Accretion選項,如下圖所示
  

6 材料設(shè)置

從材料數(shù)據(jù)庫中添加液態(tài)水water-liquid(h2o)

7 設(shè)定注入器

• 雙擊模型樹節(jié)點Models > Discrete Phase > Injections打開注入器定義對話框
  
• 點擊對話框上按鈕Create創(chuàng)建注入器,彈出創(chuàng)建對話框,如下圖所示
• 在Point Properties標簽頁下
  • 設(shè)置Injection Type為Surface
  • 設(shè)置Release From Surface為inlet
  • 設(shè)置z-velocity為10
  • 設(shè)置Diameter為0.0002
  • 設(shè)置Total Flow Rate為1
    
• 進入Turbulent Dispersion標簽頁下,激活Discrete Random Walk Model,設(shè)置Number of Tries參數(shù)為10,點擊OK按鈕關(guān)閉對話框
  

8 修改材料

修改顆粒材料anthracite,修改其名稱為sand,密度修改為1500,如下圖所示。點擊Change/Create按鈕確認更改。關(guān)閉對話框。

9 Cell zone Conditions設(shè)置

將計算區(qū)域介質(zhì)設(shè)置為液態(tài)水。如下圖所示。

10 邊界條件設(shè)置

邊界條件中需要設(shè)置進出口及壁面邊界條件。

10.1 inlet入口設(shè)置

• 入口設(shè)置如下圖所示
  

10.2 出口設(shè)置

• 設(shè)置出口邊界outlet的邊界類型為outflow。
  

  本案例采用17.0版本演示,改變邊界類型的方式與早期版本有些許不同,這里使用右鍵點擊邊界,選擇Type,然后更改類型

10.3 壁面邊界設(shè)置

本例的壁面邊界wall中主要需要設(shè)置DPM標簽頁下的內(nèi)容,如下圖所示。

需要設(shè)置圖中五個位置的內(nèi)容:

• Normal:法向反彈系數(shù)
  本案例定義法向反彈系數(shù)為:
  
  εN=0.993?0.0307α+4.75×10?4α2?2.61×10?6α3" role="presentation">εN=0.993?0.0307α+4.75×10?4α2?2.61×10?6α3εN=0.993?0.0307α+4.75×10?4α2?2.61×10?6α3
  
  定義方式如下圖所示:
  
• Tangent:切向反彈系數(shù)
  本案例定義切向反彈系數(shù)為:
  
  εT=0.998?0.029α+6.43×10?4α2?3.56×10?6α3" role="presentation">εT=0.998?0.029α+6.43×10?4α2?3.56×10?6α3εT=0.998?0.029α+6.43×10?4α2?3.56×10?6α3
  
  采用下圖所示方式進行定義:
  
• Impact Angle Function:沖擊角函數(shù)。沖擊角函數(shù)采用分段線性方式進行定義,數(shù)據(jù)如表所示。

采用下圖方式進行定義:

• Diameter Function:粒徑函數(shù),本案例取1.8e-9
• Velocity Exponent Function:速度指數(shù)函數(shù),本案例取2.6,如下圖所示。
  

11 初始化及計算

12 查看粒子追蹤

13 查看壁面沖蝕

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