使用FLUENT沖蝕模型和離散相模型模擬3D彎管中的流動沖蝕現(xiàn)象
2017-01-10 by:CAE仿真在線 來源:互聯(lián)網(wǎng)
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1 引子
2 問題描述
3 模型準備
4網(wǎng)格
5模型設置
6 材料設置
7 設定注入器
8 修改材料
9 Cell zone Conditions設置
10 邊界條件設置
10.1 inlet入口設置
10.2 出口設置
10.3 壁面邊界設置
11 初始化及計算
12 查看粒子追蹤
13 查看壁面沖蝕
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:
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使用沖蝕模型分析3D彎頭中的沖蝕現(xiàn)象
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使用離散相模型
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使用合適的求解參數(shù)求解案例
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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。
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水流入速度10m/s,出口假設為outflow邊界,在求解過程中考慮湍流、等溫及穩(wěn)態(tài)條件。
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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
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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)
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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,模型已放入百度云盤,點擊閱讀原文,進入下載頁面。
以3D模式啟動FLUENT
4 網(wǎng)格
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讀入網(wǎng)格文件3d-elbow.msh
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利用Scale檢查網(wǎng)格尺度并縮放網(wǎng)格
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利用Check按鈕檢查網(wǎng)格及網(wǎng)格質(zhì)量
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選擇所有邊界面,顯示計算網(wǎng)格,如下圖所示。
5 模型設置
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添加Realizable k-epsilon湍流模型
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雙擊模型樹節(jié)點Models > Discrete Phase(Off),彈出如下圖所示對話框。
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設置激活Interaction with Continuous Phase
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設置Number of Continuous Phase Interactions per DPM Iteration為5
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設置Max. Number of Steps參數(shù)值為10000
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進入Physical Models標簽頁,選擇激活Erosion/Accretion選項,如下圖所示
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6 材料設置
從材料數(shù)據(jù)庫中添加液態(tài)水water-liquid(h2o)
7 設定注入器
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雙擊模型樹節(jié)點Models > Discrete Phase > Injections打開注入器定義對話框
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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
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在Point Properties標簽頁下
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設置Injection Type為Surface
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設置Release From Surface為inlet
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設置z-velocity為10
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設置Diameter為0.0002
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設置Total Flow Rate為1
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進入Turbulent Dispersion標簽頁下,激活Discrete Random Walk Model,設置Number of Tries參數(shù)為10,點擊OK按鈕關閉對話框
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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。關閉對話框。
9 Cell zone Conditions設置
將計算區(qū)域介質(zhì)設置為液態(tài)水。如下圖所示。
10 邊界條件設置
邊界條件中需要設置進出口及壁面邊界條件。
10.1 inlet入口設置
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入口設置如下圖所示
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10.2 出口設置
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設置出口邊界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 壁面邊界設置
本例的壁面邊界wall中主要需要設置DPM標簽頁下的內(nèi)容,如下圖所示。
需要設置圖中五個位置的內(nèi)容:
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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:
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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:
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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。
Point | Angle | Value |
---|---|---|
1 | 0 | 0 |
2 | 20 | 0.8 |
3 | 30 | 1 |
4 | 45 | 0.5 |
5 | 90 | 0.4 |
采用下圖方式進行定義:
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Diameter Function:粒徑函數(shù),本案例取1.8e-9
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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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