多相流例子(Fluent技術基礎及應用實例王瑞金張凱)

1、第7章多相流模型第7章多相流模型【內(nèi)容提要】本章將重點介紹Fluent中的多相流模型.首先明確多相流的概念，然后介紹多相流研究的常用方法，最后詳細地介紹VOF模型及其Mixture模型.【學習重點】Fluent中VOF模型及其Mixture模型的使用。7.1概述7.1.1多相流定義所謂相，就是通常所說的物質(zhì)的狀態(tài)。每種物質(zhì)在不同的溫度下可以有三種物理狀態(tài),即固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)。也就是說，任何物質(zhì)都存在三相，即固相、液相和氣相。多相流就是在流體流動中不是單相物質(zhì)，而是有兩種或兩種以上不同相的物質(zhì)同時存在的一種流體運動。因此，兩相流動可能是液相和氣相的流動、液相和固相的流動或固相和氣相的流動。也有氣

2、相、液相和固相三相混合物的流動，如氣井中噴出的流體以天然氣為主，但也包含-定數(shù)量的液體和泥沙，這是比兩相流更復雜的一種流動。在工程問題中會遇到大量的多相流動。物質(zhì)一般具有氣態(tài)、液態(tài)和固態(tài)三相，但是多相流系統(tǒng)中相的概念具有更為廣泛的意義。例如，具有相同類別的物質(zhì)，該類物質(zhì)在所處的流動中具有特定的慣性響應并與流場相互作用。例如，相同材料的固體物質(zhì)顆粒如果具有不同尺寸，就可以把它們看成不同的相，因為相同尺寸粒子的集合對流場有相似的動力學響應。7.1.2多相流研究方法目前用于研究多相流的方法有歐拉一拉格朗日方法和歐拉一歐拉方法。歐拉一拉格朗日方法在歐拉一拉格朗日方法中，流體相視為連續(xù)相，并且求解NS方

3、程，而離散相是通過計算流場中大量粒子的運動得到的。離散相和流體相之間存在動量、質(zhì)量和能量的交換。方法適用的前提是：作為離散的第二相的體積分數(shù)應很低。即便當他peciesMmuid，粒子運行軌跡的計算也是獨立的，它們被安排在流體相計算的指定間隙內(nèi)完成。歐拉一拉格朗日方法對應的Fluent模型為離散相模型(DiscretePhaseModel)o歐拉一歐拉方法在歐拉一歐拉方法中，不同的相被處理成互相貫穿的連續(xù)介質(zhì)。由于一種相所占的體積無法再被其他相占有，故此引入相體積率(PhasicVolumeFraction)的概念。體積率是時間和空間的連續(xù)函數(shù)，各相的體積率之和等于lo從各相的守恒方程可以推導

4、出一組方程，其對于所有的相都具有類似的形式。從實驗得到的數(shù)據(jù)可以建立一些特定的關系，從而能使上述方程封閉。另外，對于小顆粒流(GranularFlows),則可以通過應用分子運動論的理論使方程封閉。7.1.3Fluent中的多相流模型在Fluent中，共有三種歐拉一歐拉多相流模型，即VOF(VoIumeOfFluid)模型、混合物(Mixture)模型和歐拉(Eulerian)模型。1.VOF模型VOF模型是一種在固定的歐拉網(wǎng)格下的表面跟蹤方法。當需要得到一種或多種互不相融流體間的交界面時，可以采用這種模型。在VOF模型中，不同的流體組分共用著一套動量方程，計算時在整個流場的每個計算單元內(nèi)，都

5、記錄下各流體組分所占有的體積率。VOF模型的應用例子包括分層流、自由面流動、灌注、晃動、液體中大氣泡的流動、水壩決堤時的水流以及求得任意液一氣分界面的穩(wěn)態(tài)或瞬時分界面。2.混合物模型混合物模型可用于兩相流或多相流(流體或顆粒)。因為在歐拉模型中，各相被處理為互相貫通的連續(xù)體，混合物模型求解的是混合物的動量方程，并通過相對速度來描述離散相?；旌衔锬Ｐ偷膽冒ǖ拓撦d的粒子負載流.氣泡流.沉降和旋風分離器?；旌衔锬Ｐ鸵部捎糜跊]有離散相相對速度的均勻多相流。Eulerian模型歐拉模型是Fluent中最復雜的多相流模型。它建立了一套包含有h個的動量方程和連續(xù)方程來求解每一相。壓力項和各界面交換系數(shù)是

6、耦合在一起的。耦合的方式則依賴于所含相的情況，顆粒流(流一固)的處理與非顆粒流(流一流)是不同的。歐拉模型的應用包括氣泡柱、上浮、顆粒懸浮和流化床。7.1.4Fluent中的多相流模型的選擇VOF模型適合于分層的或自由表面流，而混合物和Eulerian模型適合于流動中有相港合或分離，或者分散相的體積分數(shù)超過10%的情形。為了更好地區(qū)分Mixture模型和Eulerian模型，給出以下的建議：如果分散相有著寬廣的分布，Mixture模型是最可取的。如果分散相只集中在區(qū)埼的一部分，應當使用Eulerian模型。如果相間曳力規(guī)律是可利用的，Eulerian模型通常比Mixture模型能給出更精確笊結(jié)

7、果。如果相間的曳力規(guī)律不明了，Mixture模型是更好的選擇。Mixture模型比Eulerian模型要少求解一部分方程，所以Mixture模型計算量較少如果精度要求很高，Eulerian模型是更好的選擇。但是，復雜的Eulerian模型比Mixture模型的計算穩(wěn)定性要差。7.2VOF模型7.2.1概述在生活或工程中，經(jīng)常會碰到如圖71所示的噴水現(xiàn)象。這種現(xiàn)象就是流體力學中fit射流問題。這里通過Fluent數(shù)值模擬的方法對這種問題進行研究。圖71實際生活中的射流現(xiàn)象7.2.2實例簡介圖72中給出了上述問題所在的幾何區(qū)域，它包含了噴口(inlet)及其出口(outlet),其余未標示的區(qū)域為

8、壁面(wall)o圖72幾何模型的創(chuàng)建點用圖7-3給出了計算區(qū)域的幾何尺寸，其中，昭2cm、E=08m、而黑色來標志這個幾何區(qū)域的控制點，O點為坐標原點。y(0,0)ya圖73簡化后模型的幾何尺寸7.2.3實例操作步驟.在噴水現(xiàn)象的模擬中，首先利用Gambit畫出計算區(qū)域，并且對邊界條件類型進行相應的指定，從而得到相應問題的計算模型。然后再利用Fluent求解器對這種模型進行求解。利用Gambit建立計算區(qū)域和拒定邊界條件類型步文件的創(chuàng)選擇啟動Gambit軟件選擇“開始”“運行”打開運行對話框，輸入Gambit,單擊“確定”按鈕。建立新文件選擇File-New打開對話框，在ID文本框中輸入je

9、t建立一個名為jet的新文件。選擇求解器單擊主菜單中的Solver菜單，選中FLUENT5/6即可。步驟2：創(chuàng)理控制點選擇OperationJSl-*Geometry區(qū)-*VertexiJ打開CreateRealVertex對話框。在對話柜Global下面的x、y、z項中，依次輸入某個控制點的x、y、z坐標，然后單擊Applyg鈕，該點就會在Gambit的窗口中顯示出來。重復這一操作可以得到所有控制點圖。步驟3：創(chuàng)理邊選擇0perationJ?!-*Geometry回-*Edge打開CreateStraightEdge對話框。在對話柜Vertices后面選中兩個端點，然后單擊Apply按鈕就可

10、以確定一條邊。重復上述步驟，倉i建出計算區(qū)域的所有邊，如圖74所示。圖74邊的創(chuàng)建結(jié)果第7章多相流模型第7章多相流模型步驟4：創(chuàng)延面選擇OperationJil-*Geometry目fFace打開CreateFaceFromWireframe對話框。第7章多相流模型單擊Edge文本框，用Shift+鼠標左鍵框選中圖形窗口中所有的邊，然后單擊Apply按鈕,步驟5：面網(wǎng)格劃分（1）邊的網(wǎng)格劃分選擇Operation回-*Mesh叵-*Edge回打開MeshEdges對話框，如圖7-5所示，從沖可對邊進行網(wǎng)格劃分。具體操作如下：選中對話框中的Edges,利用“Shift+鼠標左鍵”選中edge.6

11、（噴口）。并且設置Spacinj下面的數(shù)值為100（數(shù)字對應的項目是Intervalcount）o單擊Apply按鈕，完成噴口直線的網(wǎng)格劃分。重復這種操作對邊edge.l和edge.2進行網(wǎng)格劃分，對應的Spacing數(shù)值為50和200,其他項的設置同edge.6的設置。圖7-5MeshEdges對話框(2)面的網(wǎng)格劃分選擇Operation回MeshlfFace叵打開MeshFaces對話框，從中可對面進行網(wǎng)格劃分。選中對話框中的Faces,利用“Shift+鼠標左鍵”選中face.l。其余設置保持默認值即可。單擊Apply按鈕，可以畫出如圖76所示的網(wǎng)格。圖76面的網(wǎng)格劃分步驟6：邊界條件

12、類型的指定選擇Operation-*Zones打開SpecifyBoundaryTypes對話框,從中可進行邊界條件類型設定。具體步驟如下：指定要進行的操作在Action項下選中Add,也就是添加邊界條件。給出邊界的名稱在Name選項后面輸入名inlet給指定的幾何單元。指定邊界條件的類型在Fluent5/6對應的邊界條件中選中VELOCITY_INLETo*指定邊界條件對應的幾何單元Entity對應的幾何單元的類型為EdgesJ卜TimeStCDDinaIterateTimeStepSize!AFixedAdaptivejIrVariable廠DataSamplingforTimeStati

13、sticsIterationMaxIterationsperTimeStep|?ooqReportingIntervalp上一FUDFProfileUpdateIntervalp上“一:.4二二一一耳-KcEe|Apply|Close|Help圖728Iterate對話框的設置空氣的體積分數(shù)圖的顯示DisplayfContours圖729空氣體積分數(shù)顯示的設置空氣體積分數(shù)的顯示如圖7-30所示。當Fluent的迭代收斂以后，進入如圖729所示的對話框。圖730空氣體積分數(shù)圖顯示某截面上的速度矢量Display-*Vectors進入如圖7-31所示的對話框。選中Surfaces下面的全部選項，顯

14、示整個區(qū)域的速度矢量。單擊Display按鈕得到整個區(qū)域的速度矢量(如圖732所示)。第7章多相流模型圖731速度矢僦顯示對話框H!:my:J:;:2to*fffl*i?*!:m:I:.:-:;:/IfI1%*j第7章多相流模型第7章多相流模型圖732整個區(qū)域速度矢量圖保存計算后的Case和Data文件File-*Write-*Case&Data當?shù)瓿刹⑶疫_到要求以后，把相關的Case和Data文件保存下來。7.3Mixture模型7.3.1概述在液流中當某點壓力低于液體在此溫度下的空氣分離壓時，原來溶于液體中的氣體會分離出來，產(chǎn)生氣泡，這就是氣穴現(xiàn)象。氣穴是液壓系統(tǒng)中常見的有害現(xiàn)象，經(jīng)常

15、發(fā)生在閥口附近。不僅破壞了流體的連續(xù)性，引起振動和噪聲，還會產(chǎn)生破壞表面的高壓沖擊波流體中的微粒會撞擊表面，造成物體表面的磨損，稱為氣蝕，其降低系統(tǒng)效率和動態(tài)性能.下面利用Mixture模型中的Cavitation模塊模擬噴口處的氣穴現(xiàn)象。7.3.2實例簡介圖733形象地給出了噴口的形狀，可以看出它的進D(inlet)及其出口(outlet),其他於區(qū)域為壁面(wall)o圖733噴嘴示意圖由于噴口是關于中心軸線對稱的，問題可以簡化為一個二維的問題。圖734給出了討算區(qū)域的幾何尺寸，其中R1=2mm,R2=1.2mm,厶l=3mm,厶2=3mm,而黑色圓點標殺幾何區(qū)域的控制點，0點為坐標原點。

16、本例進口壓力為4.0 x105pascal,出口為大氣壓。厶1一-厶2inletiwallRoutletxrO-(0,0)y|KI1!axis_symm圖734計算區(qū)域示意圖7.3.3實例操作步驟在氣穴現(xiàn)象的模擬中，也是利用Gambit畫出計算區(qū)域，再對邊界條件類型進行相應的指定，得到相應問題的計算模型，接著利用Fluent求解器對模型進行求解，最后是重要結(jié)果可視化。1.利用Gambit建立計算區(qū)域和指定邊界條件類型步驟1:文件的創(chuàng)理及其求解器的選擇啟動Gambit軟件建立新文件“在ID后面輸入caviation作為Gambit要創(chuàng)建的文件的名稱，單擊Accept按鈕，再單擊Yes按鈕，創(chuàng)建一

17、個名稱為caviation的新文件。選擇求解器在主菜單中的Solver菜單下選中FLUENT5/6即可。步驟2：創(chuàng)理控制點選擇Operation-?!-*GeometryE-VertexEI打開CreateRealVertex對話框。在Global下面的x、y、z項中，依次輸入某個控制點的x、y、z坐標，然后單擊Apply按鈕，該點就會在Gambit的窗口中顯示出來。重復這一操作可以得到所有控制點圖。步驟3：創(chuàng)理邊選擇OperationJd-*Geometry回fEdge日打開CreateStraightEdge對話框。在這個對話框中的Vertices后面選中一條邊的兩個端點，然后單擊Appl

18、y按鈕就可以確定一條邊。重復選擇不同邊的兩個端點，從而創(chuàng)建出計算區(qū)域的所有的直邊如圖735所示。這里幾何單元的名稱顯示已經(jīng)打開。這里必須注意控制點vertex.7和edge.3,它們最重要的作用就是把原來的整個計算區(qū)域分為左右兩部分，從而可以畫出更高質(zhì)量的網(wǎng)格。這一點將會在網(wǎng)格操作里詳細介紹。vertex.3adge.4xiertex.SBdge.1Bdge.7)dge.3vertex.6圖735直邊的創(chuàng)建第7章多相流模型步驟4：創(chuàng)理面選擇Operation創(chuàng)一GeometryfFace回打開CreateFaceFromWireframe對話框。第7章多相流模型單擊Edge文本框，使其變成黃色

19、，利用“ShifH鼠標左鍵”框選中圖形窗口中邊edge.ledge.5,然后單擊Apply按鈕創(chuàng)建面face.lo同樣的方法，用edge.3、edge.6、edge.7edge.8創(chuàng)建面face.2。步驟5：面網(wǎng)格劃分當Fluent要進行計算的幾何區(qū)域確定后，要把幾何區(qū)域進行離散化，即進行網(wǎng)格劃分。(1)邊的網(wǎng)格劃分選擇Operation回一Mesh-*Edge打開MeshEdges對話框，如圖736所示，對第7章多相流模型第7章多相流模型邊進行網(wǎng)格劃分。具體操作如下:選中對話框中的Edges文本框等它呈現(xiàn)黃色以后，利用“Shi+鼠標左鍵”選中edge.5o并且設置Spacing下面的數(shù)值為5

20、0,必須注意這個數(shù)字對應的項目是Intervalcounto單擊Apply按鈕即完成網(wǎng)格劃分。重復這種操作可以對如圖7-35中的edge.6進行網(wǎng)格劃分，并且這條邊對應的Spacing下面的數(shù)值為50,其他的項的設置同edge.5的設置。進行了上述的操作以后得到如圖7-37所示的網(wǎng)格劃分情況。圖7-36MeshEdges對話框圖737各邊的網(wǎng)格劃分情況面的網(wǎng)格劃分對邊進行了網(wǎng)格劃分以后，再對面進行網(wǎng)格的劃分。選擇Operation創(chuàng)一Mesh邑一Face回打開MeshFaces對話框，在這個對話框中選中Faces文本框，待其呈現(xiàn)黃色后利用“Shift+鼠標左鍵”選中face和face.2。其余

21、設置保持默認值即可。單擊Apply按鈕，可以畫出如圖738所示的網(wǎng)格。從網(wǎng)格劃分情況可以看出，網(wǎng)格的質(zhì)量很好，因為兩個面face.l和face.2都是很規(guī)則的。一般來說，若是想在一個不規(guī)則的區(qū)域得到高質(zhì)量的網(wǎng)格，可以優(yōu)先考慮分塊劃分網(wǎng)格。圖738面的網(wǎng)格劃分第7章多相流模型第7章多相流模型步驟6：邊界條件類型的指定選擇OperationZones打開SpecifyBoundaryTypes對話框,如圖7-39所示,第7章多相流模型第7章多相流模型進行邊界條件類型設定。圖7-39SpecifyBoundaryTypes對話框第7章多相流模型第7章多相流模型具體步驟如下：指定要進行的操作在Acti

22、on項下選中Add,也就是添加邊界條件。給出邊界的名稱在Name選項后面對應輸入一個名給指定的幾何單元。本例指定為inlet。指定邊界條件的類型在Fluent5/6對應的邊界條件中選中PRESSUREJNLETo指定邊界條件對應的幾何單元Entity對應的幾何單元的類型為Edgeso在Edges文本框中單擊鼠標左鍵，然后利用“Shift+鼠標左鍵”在圖形窗口中選中如圖7-35所示的edge.k單擊Apply按鈕就可以看到Name下面添加了inlet,并且類型是PRESSUREJNLETo重復上面的步驟就可以分別指定圖734中的outlet、wall、axissymm,這些邊分別對應圖7-35中

23、的edge.7、edge.4edge.5、edge.6和edge.2、edge.8ooutlet的邊界條件為PRESSUREJNLET,wall的邊界條件為WALL,axis_symm的邊界條件為SYMMETRYo最后可以看到如圖740所示的邊界設定結(jié)果。對于WALL邊界條件不必特意指定，這是系統(tǒng)默認的設置。對于edge.3的邊界條件也不用特意設定，因為系統(tǒng)默認區(qū)域內(nèi)部的幾何體的邊界條件為interioroNameTypeinletPRESSURE.outletPRESSURE.axisAXIS1圖74)邊界條件設定結(jié)果步驟7：Mesh文件的輸出選擇FileExport-Mesh就可以打開如圖

24、7-41所示的文件輸出的對話框。圖7-41文件輸出的對話框利用Fluent求解器求解上面的操作是利用Gambit軟件對計算區(qū)域進行幾何建構(gòu)，并且指定邊界條件類型,最后輸出了caviation.msh文件。接下來，把它導入到Fluent中進行求解。步驟1:Fluent求稱器的選擇對于這個問題選擇二維的單精度求解器即可。步驟2：網(wǎng)格的相關操作讀入網(wǎng)格文件File-*Read-*Case打開文件導入的對話框，找到caviation.msh文件以后，單擊0K按鈕，Mesh文件就被導入到Fluent求解器中了。.檢査網(wǎng)格文件Grid-*Check若最小的網(wǎng)格體積大于0,網(wǎng)格就可以用于計算。設置計算區(qū)域尺

25、寸Grid-*Scale打開如圖7-42所示的對話框，在ScaleFactors下面X和Y文本框中都輸入0.0001,然后單擊Scale按鈕即可。顯示網(wǎng)格DisplayGrid網(wǎng)格滿足最小體積的要求后，可以在Fluent中顯示網(wǎng)格。在如圖7-43所示的對話框Surfaces項下面選中全部區(qū)域。一MGridDisplayScaleGridScaleFactors-Pmr-UnitConversionGridWasCreatedInUpChangeLengthUnits|0.0001DomainExtentsXminYminUnscaleYmax(m)Xmx(mJJ6QClowe|HelpEdge

26、TypeSurfacesAllcFeatureIOutlineOptionsNodesQEdgesrFacesj廠PartitionsShrinkFactorFeatureAngleaxisdefault-interiorinletoutletwallA-：亠SurfaceNamePatternSurfaceTypes|Matchj；axisclip-surfexhaust-fanfanOutline|Interior|Disolav；Colors.1Close!Help第7章多相流模型第7章多相流模型圖7-42ScaleGrid對話框圖7-43GridDisplay對話框步驟3：透擇計算模型

27、網(wǎng)格文件檢査完畢后為網(wǎng)格文件指定計算模型?；厩蠼馄鞯亩xDefine-*Models-*Solver打開基本求解器設置對話框。在Space項下面選中Axisymmetric,因為噴口是軸對稱的。本例其余設置保持默認值即可。設置好的情況如圖744所示p圖744基本求解器Solver的對話框湍流模型的選擇DefineModelsfViscous打開ViscousModel對話框，此時若選中k-epsilon(2eqn)就可以展開如圖7-45所不的對話框。其他的設置保持默認值，單擊0K按鈕即可。圖745湍流模型的參數(shù)設置Mixture模型的選擇DefineModelsfMultiphase打開多相

28、流模型對話框，選中Mixture,此時會展開如圖746所示的對話框。NumberofPhases項下面的數(shù)值為2,說明計算區(qū)域中有兩相存在，即空氣和水。注意要取消對S1Velocity的選中，因為這里相與相之間沒有明顯的速度差異。其余的設置保持默認值即可單擊OK按鈕確認上述設置。打開Cavitation模擬功能Define-Phases打開如圖747所示多相流對話框，單擊Interaction系統(tǒng)會彈出一個對話框，單擊對i框中的Mass項，然后選中Cavitation(如圖748所示)，其他項的設置保持默認即可，最丿單擊OK按鈕確認上述的設置。圖7-46Mixture模型對話框圖747多相流對

29、話框圖748Cavitation模擬功能的開啟操作環(huán)境的設置DefineOperatingConditions打開OperationConditions對話框，在OperatingPressure文本框中輸入0,如圖7-4!所示，說明邊界條件輸入的壓力值都是絕對壓力。其他的設置保持默認值，然后單擊OY按鈕。圖749操作環(huán)境的設置步驟4：定義流體的物理性質(zhì)Define-*Materials打開Materials對話框，定義流體的物理性質(zhì)。從Fluent自帶的數(shù)據(jù)庫中調(diào)出water-liquid和water-vapor的物理參數(shù)。步驟5:基本相及第二相的設JBLDefine-*Phases打開如圖

30、7-47所示對話框定義基本相和第二相。具體設置如下：基本相的設定在Phase項下面選中phase-1,在Type項下選中primary-phase,然后單擊Set按鈕打開如圖7-50所示的對話框。在Name下面輸入water,在PhaseMaterial列表中選中water-liquid,最后單擊OK按鈕。該操作定義water-liquid為基本相。圖750基本相的設置對話框第二相的設定在Phase項下面選中phase-2,在Type項下選中secondary-phase,然后單擊Set按鈕打開如圖7-51所示的對話框。在Name下面輸入vapor,在PhaseMaterial列表中選中wat

31、er-vapor,最后單擊OK按鈕。該操作定義water-vapor為第二相。基本相和第二相設定好的情況如圖7-52所示。圖751第二相的設置對話框圖752相的具體設定步驟6：設置邊界條件Define-*BoundaryConditions通過如圖7-53所示對話框進行計算區(qū)域的邊界條件具體化。多相流中的邊界條件的呂置一般分為對混合物(Mixture)和第二相(SecondaryPhase)兩種情況。下面對邊界條件的設空進行詳細的介紹。圖7-53BoundaryConditions對話框設置fluid流體區(qū)域的邊界條件關于流體區(qū)域保持默認的設置即可，且系統(tǒng)已默認它對應的混合物。設置inlet的

32、邊界條件在ZoneF面選中inlet,看到對應的邊界條件類型為pressure-inlet,這個區(qū)域的具體t置分為兩種情況。第一種情況:關于混合相的設置。在如圖7-53所示對話框的Phase項下面選中mixture然后單擊Set按鈕就打開如圖7-54所示的對話框。GaugeTotalPressure對應的數(shù)值400000,Turb.KineticEnergy和Turb.DissipationRate對應值均為0.01。最后單擊OK按簾確認設置。第二種情況：關于第二相的設置。在如圖753所示對話框的Phase項下面選中vapor然后單擊Set按鈕打開如圖7-55所示的對話框。注意到VolumeF

33、raction文本框中的數(shù)值為0,這說明進口為液態(tài)水。單擊OK按鈕確認設置。PressureInletXZonePhasejinletJnixtureGaugeTotalPressure(pascal)400000|constantJSupersonic/lnitialGaugePressure(pascal)|o-jconstantJDirectionSpecificationMethodNormaltoBoundaryTurbulenceSpedficationMethod卜andEpsilonTurb.KineticEnergy(m2/s2)而帀廠jconstantJTurb.Dissi

34、pationRate(m2/s3)制JconstantdOKCancel|HdP1圖7-54inlet區(qū)域混合相的邊界條件的設置圖755inlet區(qū)域第二相的邊界條件的設賈設置wall的邊界條件.本例保持默認的設置即可。設置outlet的邊界條件在Zone下面選中outlet,它對應的邊界條件類型為pressure-outlet,這個區(qū)域的具體設置也分為兩種情況。第一種情況:關于混合相的設置。在如圖7-53所示對話框的Phase項下面選中mixture,然后單擊Set按鈕打開如圖7-56所示的對話框。GaugePressure對應的數(shù)值為101000,BackflowTurb.KineticE

35、nergy和BackflowTurb.DissipationRate對應值均為0.01。單擊OK按鈕確認以上設置。圖7-56outlet區(qū)域混合相的邊界條件的設置第二種情況：關于第二相的設置。在如圖7-53所示對話框的Phase項下面選中vapor,然后單擊Set按鈕打開如圖7-57所示的對話框。BackflowVolumeFraction文本框中的數(shù)値設為0,它的物理意義是：出口處也是液態(tài)水。單擊OK按鈕確認以上的設置。圖7-57outlet區(qū)域第二相的邊界條件的設置步驟7：求解方法的設置及其控制邊界條件設定后可以對計算區(qū)域進行求解了。下面設定連續(xù)性方程、動量方程及其離量方程的具體求解方式。

36、求解參數(shù)的設置SolveControls-*Solution打開求解控制的對話框。其中的具體設置保持默認值即可，最后單擊OK按鈕。初始化Solve-*InitializeInitialize打開初始化對話框，如圖7-58所示。并且設置ComputeFrom為inleto特別注意InitiaValues下面vaporVapor對應的值為0,說明初始時刻整個區(qū)域中充滿了液態(tài)水。最后，U次單擊Init、Apply和Close按鈕即可。圖7-58SolutionInitialization對話框打開殘差圖SolveMonitorsResidual打開殘差設置對話框。選擇Options下面的Plot,其

37、他的設置參考圖7-59o單擊Ob按鈕確認。圖7-59ResidualMonitors對話框保存當前Case和Data文件FilefWriteCase&Data通過一個操作保存前面所做的所有設置。開始迭代SolvefIterate單擊Iterate按鈕進行迭代求解。水的體積分數(shù)圖的顯示DisplayfContours當Fluent的迭代收斂以后，進入如圖7-60所示的對話框。圖760水的體積分數(shù)顯示的設置水的體積分數(shù)的顯示如圖761所示。其中顏色較深的區(qū)域的水的體積分數(shù)較小，說明這一區(qū)域存在氣泡。結(jié)合壓力分布圖(如圖762所示)可以認識到在一些壓力比較小的區(qū)域中，原來溶于水的氣體體積會增大，從而

38、產(chǎn)生氣泡，這就是所謂的氣穴現(xiàn)象。00e*00953e-01906eWALLWALLWALLAXISKIK圖85邊界條件設定結(jié)果步驟5：Mesh文件的輸出選擇File-*ExportMesh就可以輸出網(wǎng)格文件。8.3.2利用Fluent求解器求解以上的操作是利用Gambit軟件對計算區(qū)域進行幾何建構(gòu)，并且指定邊界條件類型,最后輸出了名為solidification.msh的文件。接著把它導入到Fluent中進行求解。步驟1:Fluent求稱器的選擇對于這個問題選擇二維的單精度求解器即可。步驟2：網(wǎng)格的相關操作讀入網(wǎng)格文件FilefReadfCase打開solidification.msh文件導入

39、的對話框。讀入文件時，系統(tǒng)會給出警告Warning:Useofaxisboundaryconditionisnotappropriatefora2D/3Dflowproblem.Pleaseconsiderchangingthezonetypetosymmetryorwall,ortheproblemtoaxi-symmetrico對于這一個警告可以先不理會，具體的邊界條件的改動在基本求解器里設置。檢査網(wǎng)格文件GridfCheck網(wǎng)格文件讀入以后，一定要對網(wǎng)格進行檢査。設置計算區(qū)域尺寸Grid-*Scale打開如圖86所示的對話框。通過這一個對話框可以對幾何區(qū)域的尺寸進行設置。本例保持默認值即

40、可。步驟3：選擇計算模型基本求解器的定義DefineModels-*Solver打開如圖8-7所示的對話框。在Space選項下面選中Axisymmetric,其他保持默認設置，單擊0K按鈕確認上述設置。圖8-6ScaleGrid對話框SolverfX|SolverFormulationGSegregatedImplicitCoupled廣ExpHrftSpaceTime2DASteady廠Unsteady廣AxisymmetncSwirl廣3DVelocityFormulation冷Absolute；RelativeGradientOptionPorousFormulation&CelPBas

41、edASuperficialVelocityi廣Node-Based廠PhysicalVelocityOKCncel|Help圖87基本求解器Solver的對話框Solidification&Melting模型的選擇聲Define-*Models-*Solidification&Melting打開Solidification&Melting模型對話框，選中Solidification/Melting,得到如圖8-8所示的對話框。其中的設置保持默認即可，單擊0K按鈕。此時系統(tǒng)會彈出如圖89所示的信息框。在調(diào)用了Solidification&Melting模型后，需要給出新的物理屬性，如物質(zhì)的熔點

42、、凝固點等。系統(tǒng)彈出對話框的目的就是提醒對物質(zhì)的物理屬性進行確認或修改。此處單擊0K按鈕即可，具體的改動后面會有詳細介紹。圖Solidification&Melting模型對話框圖89信息提示框Energy模型的選擇-般來說，水的凝結(jié)現(xiàn)象肯定要有熱傳導，所以要調(diào)用Energy模型。這樣考慮很合理,然而在利用操作Define-Models-Energy來打開能量模型對話框后會發(fā)現(xiàn)它已經(jīng)被開啟To這說明在調(diào)用了Solidification&Melting模型以后，系統(tǒng)會默認調(diào)用Energy模型，而不需要特意進行設置。操作環(huán)境的設置DefineOperatingConditions打開Operati

43、ngConditions對話框。選中Gravity和SpecifiedOperationDensity項，并且設置如圖810所示。最后單擊OK按鈕就可以了。圖810操作環(huán)境的設置步驟4：定義流體的物理性質(zhì)Define-*Materials打開Materials對話框，定義流體的物理性質(zhì)。從Fluent自帶的數(shù)據(jù)庫中調(diào)出液態(tài)水water-liquid的物理參數(shù)。在0C和1個標準大氣壓時，冰的溶解熱為333.146J/g,當水凝成冰時放出相同的熱量。水的熔點和凝固點為0C,對應273.15K。這些物理屬性可以在如圖8-11所示的對話框中設置。設置完后要注意單擊Change/Create按鈕，然后單擊Close按鈕即可。圖811水的物理屬性的改動步驟5：設置邊界條件Define-*BoundaryConditions打開如圖8-12所示對話框使得計算區(qū)域的