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。
图1 仿真流程
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
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。
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
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
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。
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。
网格节点数51937个,单元数51393个。
图8 整体和局部网格
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
图25 计算设置
计算中可以监视喷水的过程。
图26 监视喷水过程
计算结束后。
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。
图28 查看和导出动画文件
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