Ansys Fluent水管喷水过程仿真流程

整体仿真在Ansys Workbench平台内完成,采用DesignModeler进行几何建模,Ansys Meshing划分网格,Fluent设置求解和后处理。接下来将详细描述每一步的具体操作。

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   图1  仿真流程
 

1.几何模型

打开DesignModeler,建立简化的模型,如图2。左侧为水管,命名为water_in,右侧为喷水的空间,命名为room。水从水管以2m/s速度喷出到右侧墙壁,利用Fluent仿真这一过程。

定义水管左侧边为入口inlet,定义右侧room底边为出口outlet。




   图2  水管和喷水区域几何模型
 


2.划分网格

双击mesh模块,打开网格划分工具Ansys Meshing。(P.S. 由于是2D模型,所以用Ansys Meshing,Fluent Meshing只能处理3D模型)


2.1.设置water_in区域网格尺寸

(1)右键点击mesh,Insert -> Sizing。

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   图3  添加网格尺寸设置
 

(2)点击sizing,选择water_in区域,点击apply,网格尺寸0.2mm

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   图4  water_in区域网格尺寸设置
 

2.2.设置space区域网格尺寸

同样的方法对space区域进行网格尺寸设置,网格尺寸1mm

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   图5  space区域网格尺寸设置
 

2.3.添加边界层网格

(1)右键mesh,Insert -> Inflation,添加边界层。

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   图6  添加边界层网格设置
 

(2)点击Inflation,选择water_in区域,apply,选择water_in区域上下两条线,apply,边界层数填6


   图7  边界层网格设置参数
 

2.4.生成网格

右键点击mesh,选择generate mesh,生成网格如图。

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网格节点数51937个,单元数51393个。

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   图8  整体和局部网格
 


3.求解设置

Workbench工程内,双击Fluent模块下Setup,打开Fluent启动界面,勾选Double precision,线程填入4(根据自己电脑情况选择),点击Start启动Fluent。


   图9  启动Fluent
 

3.1.通用设置

3.1.1.检查网格质量

点击Check和Report Quality,查看网格质量。选择瞬态仿真,开启重力,y值填入-9.81.


   图10  通用设置
 

3.2.设置材料

双击Fluid,选择Fluent Database,在材料列表里找到water-liquid,点击copy,close。

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   图11  添加材料water-liquid
 

3.3.设置物理模型

3.3.1.多相流模型设置

(1)打开多相流模型,选择VOF模型,apply。

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   图12  激活VOF多相流模型
 

(2)选择Phases选项卡,主要相设为air,次要相设为water-liquid。


   图13  相的设置
 

3.3.2.湍流模型设置

双击粘性模型,选择Realizable k-epsilon,近壁面处理采用可扩展的壁面方程。


   图14  湍流模型的选择
 

3.4.边界条件设置

3.4.1.入口边界条件

(1)点击inlet,类型选择速度入口,点击Edit,输入速度2m/s,其余默认,apply。

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   图15  入口速度设置
 

(2)相选中water,体积分数输入1,表示入口全部是水。

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   图16  入口相体积分数设置
 

3.4.2.出口边界条件

点击outlet,类型选择pressure-outlet,保持默认。


   图17  出口边界设置
 

3.5.求解方法设置

求解方法保持默认即可。

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   图18  求解方法设置
 

3.6.初始化

3.6.1.整体初始化

点击Initialization,选择从inlet开始计算,注意water Volume Fraction为1。

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   图19  初始化设置
 

3.6.2.局部初始化

初始化结束后,点击界面中的按钮进行局部初始化。

(1)对space初始化成air。Phases选择water,变量为体积分数,数值为0,局部初始化的区域选择mode-space,点击patch。


   图20  对space进行局部初始化
 

(2)对water_in初始化成water。数值改为1,局部初始化的区域选为model-water_in,点击patch。


   图21  对water_in进行局部初始化
 

(3)查看局部初始化是否成功

双击云图,选择Phases,选择water,点击save/display。


   图22  水的体积分数云图设置
 

云图显示水的体积分数,初始化成功。

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   图23  初始化的水体积分数云图
 

3.7.保存动画

选择Calculate activities,双击Solution Animations,填入每10次时间步记录一次,对象选择刚刚新建的water-vf云图,点击OK。

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   图24  动画保存设置
 

3.8.计算求解

双击Calculation,步数5000,时间步长0.0001s,每步最大迭代次数40,点击Calculate。

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   图25  计算设置
 

计算中可以监视喷水的过程。

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   图26  监视喷水过程
 


4.后处理

计算结束后。

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   图27  残差曲线
 

点击Animations,playback,选择video File格式,点击Wrtie生成动画文件。

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   图28  查看和导出动画文件

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