流體demo64旋轉(zhuǎn)容器壓力分布分析

1、算例來源：原創(chuàng)算例制作：尹航算例校核： 旋轉(zhuǎn)容器壓力分布分析目 錄摘 要仿真模型 操作步驟 結(jié)果分析摘要液體的相對平衡是工程實際中常遇到的問題，如在離心式鑄造機、離心式水泵中，在等角速度旋轉(zhuǎn)條件下，液體與這些容器處于相對平衡狀態(tài)。以離心泵為例，在泵體內(nèi)和吸水管內(nèi)注滿水后，利用高速旋轉(zhuǎn)的葉輪帶動泵體內(nèi)的水一起旋轉(zhuǎn)，通過離心力把水甩出葉輪外緣后匯集于逐漸擴大的泵體中。在擴壓管中水的動能轉(zhuǎn)化為更高的壓力，從而把水壓出擴壓管。葉輪進口則會形成真空區(qū)域，吸水池上的水就會被環(huán)境中的大氣壓壓入水管，進入葉輪。葉輪連續(xù)旋轉(zhuǎn)，水被不斷吸入和排出，如此循環(huán)就是離心泵的工作原理。為了對離心泵的工作原理有更直觀的理解

2、，并把流體力學(xué)、計算流體力學(xué)等課程所學(xué)知識舉一反三地應(yīng)用，本文采用 Fluent 軟件對等角速度旋轉(zhuǎn)容器中液體的相對平衡問題進行了分析研究。采用 Fluent 軟件的層流模型和 VOF 模型，對離心泵的工作原理等角速度旋轉(zhuǎn)容器中液體的相對平衡進行數(shù)值模擬，得到了流場內(nèi)速度、壓力等分布。目 錄摘 要仿真模型 操作步驟 結(jié)果分析模型示意圖仿真模型介紹本文研究對象為一直徑 D=1m，高度 H=1m 的圓柱容器，注水高度 h=0.5m。使容器繞垂直軸以角速度 =3 rad/s作穩(wěn)態(tài)旋轉(zhuǎn)。如下圖 所示。 HDWATERAIR目 錄摘 要仿真模型 操作步驟 結(jié)果分析前處理總體網(wǎng)格示意圖模型命名示意圖在IC

3、EM CFD中建立二維模型，并劃分網(wǎng)格。由于容器的對稱性以及Fluent軟件的對稱軸必須與 X軸一致，故建模時建立圓柱體的右半?yún)^(qū)域，待導(dǎo)入 Fluent 后再鏡像與順時針旋轉(zhuǎn) 90。計算模型邊界分別命名為up、壁面cyc wall、 down wall 軸axis，將ICEM CFD劃分完成的網(wǎng)格導(dǎo)出，存為xuanzhuan.msh文件。axisupDown wallCyc wall1、啟動Fluent。雙擊Fluent，將Dimension修改為2D，如下圖所示。求解設(shè)置Fluent啟動界面讀入文件在FLUENT主界面中，單擊主菜單中【File】【Read】【Mesh】，彈出如下圖所示的Se

4、lect File對話框，選擇擴展名為xuanzhuan.msh的網(wǎng)格文件，單擊OK按鈕便可以導(dǎo)入網(wǎng)格。點擊【General】【scale】，進行網(wǎng)格尺寸調(diào)整。點擊【General】【check】，檢查網(wǎng)格質(zhì)量，確保無負(fù)體積，檢查結(jié)果如下圖所示。scalecheck將 Solver Type 設(shè)置為 Pressure-Based， Solver Time 設(shè)置為 Transient，設(shè)置2d plane為 axiymmetric swirl，并勾選Gravity， 設(shè)置 x 方向重力加速度為9.81m/s2 0， y 方向重力加速度為0。如下圖所示。定義求解器總體模型設(shè)定面板打開模型樹中的【

5、Model】【 Multiphase】， Multiphase Model 選用 Volume ofFluid（ VOF） 模型， Number of Eulerian Phases 設(shè)置為 2， 其他設(shè)置保持默認(rèn)。 如下圖所示。 多相流模型設(shè)置打開模型樹中的【 Models】 【 Multiphase】 【 Phases】，設(shè)置 Primary Phase的名稱為 air，材料為 air， Secondary Phase 的名稱為 water，材料為 water-liquid。如下圖所示。多相流中相設(shè)置 打開模型樹中的【Model】【Viscous】選擇k-epsilon模型，其余保持默認(rèn)，

6、設(shè)置如下圖所示。湍流模型設(shè)置Model設(shè)置流體介質(zhì)添加：選擇需要的流體介質(zhì)，此算例中選擇水為流體介質(zhì)。雙擊模型樹中的【Materials】, 按照依次進行操作。雙擊air材料，在彈出的對話框右側(cè)選擇【Fluent database】，在Fluent Database Materials對話框中找到water-liquid項，單擊下方copy選項。添加材料材料添加雙擊【 Cell Zone Conditions】，點擊 Operating Conditions。 Operating Pressure保留默認(rèn)值（國際標(biāo)準(zhǔn)大氣壓值）。勾選 Specified Operating Density，設(shè)置

7、 Operating Density 為 1.225，選擇默認(rèn)密度大相作為參考。如下圖所示設(shè)置操作條件 操作壓力邊界條件設(shè)置：雙擊【Boundary Conditions】，編輯【Zone】中的up，在下方的TYPE中選擇為pressure-inlet，Gauge total pressure 設(shè)置為0 ，supersonic gauge pressure 設(shè)置為0，specification method 設(shè)置為intensity and length scale ，設(shè)置turbulent intensity 為5，turbulen tlength scale為0.035。點擊water，設(shè)

8、置volume fraction為0。邊界條件設(shè)置：雙擊【 Boundary Conditions】，編輯【 Zone】中的 cyc_wall與down_wall，在下方的 TYPE 中選擇為 wall。Wall motion 設(shè)置為moving wall。設(shè)置relative to adjacent cell zone speed 為3.打開模型樹中【 Solution】 【 Methods】，將 Scheme 選擇為 PISO 算法，pressure設(shè)置為PRESTO！，其他選項保持默認(rèn)。如下圖所示。求解設(shè)置求解方法設(shè)置打開模型樹中【 Solution】 【 Controls】，選項設(shè)置如

9、下圖。求解設(shè)置求解方法設(shè)置殘差監(jiān)測設(shè)置除了監(jiān)測計算過程中殘差的變化外，還需要定義新的監(jiān)測。右擊【Report Definitions】【New】【surface Report】【vertex average】，彈出如下圖所示的對話框，在【new surface 】選擇point。彈出對話框中設(shè)置X0為0.8，設(shè)置y0為0.25.點擊create。流量監(jiān)控殘差監(jiān)測設(shè)置監(jiān)控打開模型樹中【 Solution】 【 Moinitors】 【 Report Plots】， 點擊 New，在Available Report Definitions 中選擇 report-def-0，然后單擊 Add，將其添

10、加到Selected Report Definitions 中。 設(shè)置 X-Axis Label 為 flow-time，如下圖所示計算殘差監(jiān)控右擊【Residual】【convergence criterion】none點擊OK計算殘差監(jiān)控雙擊【Initialization】，將默認(rèn)的Hybrid Initialization改為Standard Initialization，在Compute from對話框中選擇up，單擊Initialize，如下圖所示。初場設(shè)置流場初始化單擊 Setting Up Domain工具欄選項卡中 Adapt選項卡中的 Mark/Adapt Cells，在下拉

11、菜單中選擇 Region。首先設(shè)置 X Min 為0.5， X Max 為 1， Y Min 為 0.5， YMax 為1，單擊 Mark。單擊 Mark。如下圖所示。初場設(shè)置初場設(shè)置雙擊【 Initialization】， 單擊 Patch。 Phase 選擇 water， Variable 選擇 VolumeFraction， Registers to Patch 中選中 hexahedron-r0，然后將 Value改為 1，單擊 Patch。 如下圖所示。初場設(shè)置在user define中點擊custom field function calculator 在field functio

12、n中選擇mesh，選擇radial coordinate，在definition設(shè)置3*radial coordinate，設(shè)置new function name 為swirl-v點擊define。如下圖所示雙擊【 Initialization】， 單擊 Patch。 Phase 選擇mixture， Variable 選擇swirl velocity，選擇user field function 選擇swirl-v， Registers to Patch 中選中 hexahedron-r0，單擊 Patch。如下圖所示。在view中設(shè)置對稱面，選擇mirror planer中的axis設(shè)置ca

13、mera parameters，設(shè)置如下。雙擊左側(cè)樹 Results 下的 Contour ，創(chuàng)建云圖， Contour of 選擇velicity 的swirl velicity， Options 中勾選 Filled， 單擊 Save/Display，如下圖 所示。圖中清晰地展示初場。初場設(shè)置打開 【 Calculation Activities】【 Autosave】，設(shè)置 Save Data File Every（ TimeSteps）為 100，設(shè)置 Append File Name with 為 flow-time，設(shè)置 Decimal Places inFile Name 為 3

14、。如下圖所示。計算自動保存設(shè)置7、雙擊 Run Calculation，設(shè)置 Time Step Size 為 0.001， Number of Time Steps為2000， Time Stepping Method 為 Fixed， Max Iterations/Time Step 為 20。如下圖所示迭代設(shè)置1、求解收斂分析計算收斂分析檢測點非穩(wěn)態(tài)時均速度殘差目 錄摘 要仿真模型 操作步驟 結(jié)果分析后處理創(chuàng)建中心線表壓力創(chuàng)建中心線切取所需線【create】-【line】創(chuàng)建圓管中心線，設(shè)置如下圖所示，點擊create，點擊plot中xy plot,選擇剛剛創(chuàng)建的線，顯示壓力如下。后處理

15、2s時水體積云圖顯示雙擊左側(cè)樹 Results 下的 Contour ，創(chuàng)建云圖， Contour of 選擇 Phase 的Volume fraction， Options 中勾選 Filled， 單擊 Save/Display，如下圖所示。 后處理2s時壓力云圖顯示創(chuàng)建壓力云圖，雙擊左側(cè)樹Results下的Contour ，創(chuàng)建云圖，如下圖所示。在Contour 1中設(shè)置Contour of選擇PressureStatic Pressure，單擊Save/Display，結(jié)果如下圖所示。后處理速度云圖顯示雙擊左側(cè)樹Vectors ，如下圖所示，Vectors of選為Velocity，適量箭頭